p Se eles forem rápidos nisso, elétrons "quentes" excitados em um metal plasmônico podem abrir um túnel através de uma lacuna em nanoescala até um metal vizinho. Cientistas da Rice University disseram que a parte legal é o que acontece na lacuna. p Uma equipe de Rice descobriu que esses elétrons podem criar uma fotovoltagem cerca de mil vezes maior do que a vista se não houver lacuna. A descoberta mostra que deve ser possível criar fotodetectores em nanoescala que convertam luz em eletricidade e podem ser usados ​​como sensores ou em outros aparelhos eletrônicos sofisticados.

p Os resultados do laboratório de arroz do físico de matéria condensada Douglas Natelson aparecem no American Chemical Society's Journal of Physical Chemistry Letters .

p O laboratório de Natelson estuda a eletrônica, propriedades magnéticas e ópticas de estruturas em nanoescala, frequentemente testando as propriedades de sistemas que só podem ser vistos sob um microscópio.

p Alguns estudos envolvem nanofios inteiros de ouro, e às vezes o laboratório quebra o fio para formar uma lacuna de apenas alguns nanômetros (bilionésimos de um metro). Um objetivo é entender se e como os elétrons saltam o nanogap sob várias condições, como temperaturas ultracold.

p Ao olhar para essas estruturas, os pesquisadores se descobriram estudando as características em nanoescala do que é conhecido como efeito Seebeck (termoelétrico), descoberto em 1821, em que o calor é convertido em eletricidade na junção de dois fios de metais diferentes. Seebeck descobriu que uma voltagem se formaria em um único condutor quando uma parte estivesse mais quente do que a outra.

p "Se você quiser fazer termostatos para a sua casa ou o controle de temperatura do seu carro, é assim que se faz, "Natelson disse." Você une dois metais diferentes para fazer um termopar, e cole essa junção onde deseja medir a temperatura. Sabendo a diferença entre os coeficientes de Seebeck dos metais e medindo a tensão através do termopar, você pode trabalhar de trás para frente para obter a temperatura. "

p Para ver como funciona em um único metal em nanoescala, Natelson, O autor principal e ex-pesquisador de pós-doutorado Pavlo Zolotavin e a estudante de graduação Charlotte Evans usaram um laser para induzir um gradiente de temperatura em um nanofio de ouro em forma de gravata borboleta. Isso criou uma pequena voltagem, consistente com o efeito Seebeck. Mas com um nanogap separando o fio, "os dados deixaram claro que um mecanismo físico diferente está em ação, " eles escreveram.

p O ouro é um metal plasmônico, um de uma classe de metais que podem responder à entrada de energia de um laser ou outra fonte, estimulando plasmons em suas superfícies. Excitações de plasma são o movimento para frente e para trás de elétrons no metal, como água em uma bacia.

p Isso é útil, Natelson explicou, porque plasmons oscilantes podem ser detectados. Dependendo do metal e seu tamanho e forma, esses plasmons só podem aparecer quando estimulados pela luz em um determinado comprimento de onda.

p Na gravata borboleta, a luz do laser absorvida pelos plasmons criou elétrons quentes que eventualmente transferiram sua energia para os átomos do metal, vibrando-os também. Essa energia é dissipada como calor. Em contínuo, fios sólidos, a diferença de temperatura causada pelo laser também criou pequenas tensões. Mas quando os nanogaps estavam presentes, os elétrons quentes passaram pelo vazio e criaram tensões muito maiores antes de se dispersarem.

p "É um resultado bacana, "Natelson disse." Os pontos principais são, primeiro, que podemos ajustar as propriedades termoelétricas dos metais, estruturando-os em pequenas escalas, para que possamos fazer termopares com um único material. Segundo, um laser focalizado pode atuar como um digitalizável, fonte de calor local, permitindo-nos mapear esses efeitos. O brilho da luz na estrutura produz uma pequena fotovoltagem.

p "E terceiro, em estruturas com lacunas de tunelamento verdadeiramente em nanoescala (1-2 nanômetros), a fotovoltagem pode ser mil vezes maior, porque o processo de tunelamento usa efetivamente alguns dos elétrons de alta energia antes que sua energia seja perdida para o calor, ", disse ele." Isso tem potencial para tecnologias fotodetectoras e mostra o potencial que pode ser realizado se pudermos usar elétrons quentes antes que eles tenham a chance de perder sua energia. "

p O ouro parece ser o melhor metal para mostrar o efeito até agora, Natelson disse, já que os experimentos de controle com fios de ouro-paládio e níquel nanogapped não tiveram um bom desempenho.

p Os pesquisadores reconhecem várias razões possíveis para o efeito dramático, mas eles fortemente suspeitam que os túneis pelas transportadoras quentes geradas por fotos são os responsáveis.

p "Você não precisa de plasmons para este efeito, porque qualquer absorção, pelo menos em pouco tempo, vai gerar esses portadores quentes, "Zolotavin disse." No entanto, se você tem plasmons, eles efetivamente aumentam a absorção. Eles interagem com a luz muito fortemente, e o efeito fica maior porque os plasmons aumentam a absorção. "