O que acontece com um pedaço de metal quando você o ilumina? Essa questão, que tem sido uma das forças motrizes da física moderna, ganhou interesse renovado nos últimos anos, com os avanços na fabricação de pequenas nanopartículas metálicas. Quando um pedaço de metal é muito pequeno, Acontece que ele pode se acoplar extremamente bem à luz visível. O estudo dos aspectos fundamentais e aplicáveis ​​dessa interação é normalmente referido como plasmônica.

Dentro do campo da plasmônica - e considerando as nanopartículas metálicas - duas respostas diferentes surgiram para a questão colocada acima. O primeiro, que se baseia na física clássica e é bastante intuitivo, é que a nanopartícula se aquece. De fato, o fato de nanopartículas iluminadas servirem como fontes localizadas de calor encontrou uma ampla variedade de aplicações, do tratamento do câncer à dessalinização da água. A segunda resposta é mais sutil, e sugere que, após a iluminação, os elétrons se desviam do equilíbrio e ocupam uma distribuição não-Fermi, caracterizado por um excesso de elétrons em altas energias, os chamados "elétrons quentes".

Esses dois modelos, aquecimento vs "elétrons quentes, "são normalmente apresentados como ortogonais, e as teorias tratam de um ou de outro. Em um trabalho recente, conduzido pelos grupos do Prof. Yonatan Sivan e Yonatan Dubi (ambos da Universidade Ben-Gurion, Israel), essas duas imagens foram fundidas em uma única estrutura teórica, o que lhes permitiu avaliar completamente a distribuição de elétrons e as temperaturas do elétron e da rede de uma nanopartícula iluminada. Os resultados de suas pesquisas foram publicados em Luz:Ciência e Aplicações .

A imagem que emerge de seu estudo é que de fato os dois efeitos - aquecimento e geração de "elétrons quentes" - estão presentes. Ainda, ao contrário de muitas afirmações recentes, aquecimento é muito mais importante, e usa a maior parte da entrada de energia de iluminação. Apenas uma pequena fração (menos de um milionésimo) da entrada de energia é canalizada para a geração de "elétrons quentes, "o que é, portanto, um processo extremamente ineficiente.

Muitos estudos experimentais e teóricos celebraram a promessa de explorar "elétrons quentes" para executar várias funções, da foto-detecção à foto-catálise. O trabalho de Sivan e Dubi permite uma avaliação realista da eficiência de captação de energia usando "elétrons quentes, "e examina os limites dessa eficiência. Além disso, serve como uma primeira etapa essencial para o cálculo realista do processo completo de captação de energia em muitos sistemas, de sistemas foto-catalíticos aprimorados com plasmonic a células solares.