En un nuevo estudio, un grupo de investigación de la Universidad de Uppsala explica su notable éxito en la recolección de "agujeros de electrones calientes". Los resultados de su trabajo se pueden utilizar para mejorar las células solares, reacciones fotoquímicas, y fotosensores. El artículo científico se publica en Materiales de la naturaleza .

Durante algún tiempo, se sabe que determinadas nanopartículas metálicas pueden absorber la luz y, en el proceso, generan cargas eléctricas positivas y negativas. Cuando estas cargas se desarrollan en absorción de luz, se denominan "calientes". Las cargas negativas son electrones y las positivas se conocen como "huecos de electrones, "donde falta un electrón en la banda de valencia (los electrones en la capa exterior del átomo).

Los electrones calientes son un fenómeno bien estudiado y la forma en que pueden acumularse en semiconductores (materiales que conducen la corriente menos bien que los conductores, como el cobre, pero mejor que los aislantes, como la cerámica). Esto alarga su vida permitiendo su uso en fotocatalizadores, células solares y fotosensores. Se sabe mucho menos sobre los agujeros calientes.

Se puede utilizar en células solares y en fotosíntesis artificial.

En el nuevo estudio, los investigadores han logrado recolectar más del 80 por ciento de los agujeros calientes en un semiconductor, que es tres veces más de lo que se creía posible anteriormente. El proceso es asombrosamente rápido:tarda menos de 200 femtosegundos (0,000000000002 s). La viabilidad de recolectar las cargas en un semiconductor significa que pueden usarse en células solares y en fotosíntesis artificial, por ejemplo, para reducir el dióxido de carbono y producir hidrógeno y oxígeno a partir del agua.

Los investigadores habían hecho la predicción teórica de que la acumulación de cargas positivas afectaría también a la dinámica de las cargas negativas. Esta hipótesis se ve confirmada por las observaciones incluidas en el nuevo estudio. Cuando se absorbe luz y se producen cargas eléctricas, la "temperatura de los electrones" aumenta. La recolección de los agujeros calientes hace que la capacidad de calor electrónica aumente, modificando cuánto sube la temperatura del electrón.

Esto indica que es posible manipular la distribución de energía de los electrones controlando el grado en que se eliminan los huecos de los electrones. Este es un resultado significativo ya que permite, por ejemplo, regulación del voltaje máximo en una celda solar plasmónica directa (una celda solar que convierte la luz en energía eléctrica utilizando plasmones como material fotovoltaico activo) o control de la "ventana" reactiva en un proceso fotocatalítico.