¿Qué le sucede a una pieza de metal cuando la iluminas? Esta pregunta, que ha sido una de las fuerzas impulsoras de la física moderna, ganó un renovado interés en los últimos años, con los avances en la fabricación de pequeñas nanopartículas metálicas. Cuando una pieza de metal es muy pequeña, resulta que se puede acoplar muy bien a la luz visible. El estudio de los aspectos fundamentales y aplicables de esta interacción se denomina típicamente plasmónicos.

Dentro del campo de los plasmónicos, y considerando las nanopartículas metálicas, surgieron dos respuestas diferentes a la pregunta planteada anteriormente. El primero, que se basa en la física clásica y es bastante intuitivo, es que la nanopartícula se calienta. En efecto, el hecho de que las nanopartículas iluminadas sirvan como fuentes de calor localizadas ha encontrado una amplia variedad de aplicaciones, desde el tratamiento del cáncer hasta la desalación de agua. La segunda respuesta es más sutil, y sugiere que al iluminarse, los electrones se desvían del equilibrio y ocupan una distribución no Fermi, caracterizado por un exceso de electrones a altas energías, los llamados "electrones calientes".

Estos dos modelos, calentamiento vs "electrones calientes, "se presentan normalmente como ortogonales, y las teorías abordan uno u otro. En un trabajo reciente, realizado por los grupos del Prof. Yonatan Sivan y Yonatan Dubi (ambos de la Universidad Ben-Gurion, Israel), estas dos imágenes se fusionaron en un solo marco teórico, lo que les permitió evaluar completamente tanto la distribución de electrones como las temperaturas de los electrones y la red de una nanopartícula iluminada. Los resultados de su investigación se publicaron en Luz:ciencia y aplicaciones .

La imagen que surge de su estudio es que, de hecho, están presentes los dos efectos:calentamiento y generación de "electrones calientes". Todavía, contrariamente a muchas afirmaciones recientes, la calefacción es mucho más importante, y utiliza la mayor parte de la potencia de iluminación. Solo una pequeña fracción (menos de una millonésima) de la entrada de energía se canaliza hacia la generación de "electrones calientes, "que es, por tanto, un proceso extremadamente ineficaz.

Muchos estudios experimentales y teóricos han celebrado la promesa de explotar "electrones calientes" para realizar diversas funciones, desde la fotodetección a la fotocatálisis. El trabajo de Sivan y Dubi permite una evaluación realista de la eficiencia de la recolección de energía utilizando "electrones calientes, "y examina los límites de esta eficiencia. Además, sirve como un primer paso esencial hacia el cálculo realista del proceso completo de recolección de energía en muchos sistemas, desde sistemas fotocatalíticos mejorados con plasmón hasta células solares.