Si son rápidos al respecto, Los electrones "calientes" excitados en un metal plasmónico pueden abrirse camino a través de un espacio a nanoescala hasta un metal vecino. Los científicos de la Universidad de Rice dijeron que lo bueno es lo que sucede en la brecha.

Un equipo de Rice descubrió que esos electrones pueden crear un fotovoltaje unas mil veces mayor que lo que se ve si no hay espacio. El hallazgo muestra que debería ser posible crear fotodetectores a nanoescala que conviertan la luz en electricidad y puedan usarse como sensores o en otros componentes electrónicos sofisticados.

Los resultados del laboratorio de Rice del físico de materia condensada Douglas Natelson aparecen en la publicación de la American Chemical Society. Revista de letras de química física .

El laboratorio de Natelson estudia la electrónica, propiedades magnéticas y ópticas de estructuras a nanoescala, a menudo probando las propiedades de sistemas que solo se pueden ver con un microscopio.

Algunos estudios involucran nanocables de oro completos, ya veces el laboratorio rompe el cable para formar un espacio de unos pocos nanómetros (mil millonésimas de metro). Uno de los objetivos es comprender si los electrones saltan el nanogap y cómo lo hacen en diversas condiciones, como temperaturas ultra frías.

Mientras mira tales estructuras, los investigadores se encontraron estudiando las características a nanoescala de lo que se conoce como efecto Seebeck (termoeléctrico), descubierto en 1821, en el que el calor se convierte en electricidad en la unión de dos alambres de diferentes metales. Seebeck descubrió que se formaría un voltaje en un solo conductor cuando una parte está más caliente que la otra.

"Si desea hacer termostatos para su casa o el control de clima de su automóvil, así es como lo haces, ", Dijo Natelson." Une dos metales diferentes para hacer un termopar, y pega ese cruce donde quieras medir la temperatura. Conociendo la diferencia entre los coeficientes de Seebeck de los metales y midiendo el voltaje a través del termopar, puede trabajar hacia atrás para obtener la temperatura ".

Para ver cómo funciona en un solo metal a nanoescala, Natelson, El autor principal y ex investigador postdoctoral Pavlo Zolotavin y la estudiante de posgrado Charlotte Evans utilizaron un láser para inducir un gradiente de temperatura a través de un nanoalambre de oro en forma de pajarita. Eso creó un pequeño voltaje coherente con el efecto Seebeck. Pero con un nanogap dividiendo el cable, "los datos dejaron en claro que un mecanismo físico diferente está funcionando, " ellos escribieron.

El oro es un metal plasmónico, uno de una clase de metales que puede responder a la entrada de energía de un láser u otra fuente excitando plasmones en sus superficies. Las excitaciones de plasmones son el vaivén de electrones en el metal, como agua en una palangana.

Esto es útil, Natelson explicó, porque se pueden detectar plasmones oscilantes. Dependiendo del metal y su tamaño y forma, estos plasmones solo pueden aparecer cuando los indica la luz en una longitud de onda particular.

En las pajaritas, La luz láser absorbida por los plasmones creó electrones calientes que finalmente transfirieron su energía a los átomos del metal. vibrándolos también. Esa energía se disipa en forma de calor. En continuo, alambres macizos, la diferencia de temperatura causada por el láser también creaba pequeños voltajes. Pero cuando hubo nanogaps, los electrones calientes atravesaron el vacío y crearon voltajes mucho mayores antes de dispersarse.

"Es un buen resultado, ", Dijo Natelson." Los puntos principales son, primero, que podemos ajustar las propiedades termoeléctricas de los metales al estructurarlos a pequeña escala, para que podamos hacer termopares de un material. Segundo, un láser enfocado puede actuar como escaneable, fuente de calor local, permitiéndonos trazar esos efectos. Al iluminar la estructura se produce un pequeño fotovoltaje.

"Y tercero, en estructuras con brechas de tunelización verdaderamente a nanoescala (1-2 nanómetros), el fotovoltaje puede ser mil veces mayor, debido a que el proceso de tunelización utiliza eficazmente algunos de los electrones de alta energía antes de que su energía se pierda en calor, "Esto tiene potencial para las tecnologías de fotodetectores y muestra el potencial que se puede realizar si podemos usar electrones calientes antes de que tengan la oportunidad de perder su energía".

El oro parece ser el mejor metal para mostrar el efecto hasta ahora, Natelson dijo:ya que los experimentos de control con alambres con nanopartículas de oro-paladio y níquel no funcionaron tan bien.

Los investigadores reconocen varias posibles razones del efecto dramático, pero sospechan fuertemente que la causa es la tunelización de los portadores calientes generados por fotografías.

"No necesitas plasmones para este efecto, porque cualquier absorción, al menos en poco tiempo, va a generar estos portadores calientes, "Dijo Zolotavin." Sin embargo, si tienes plasmones, aumentan efectivamente la absorción. Interactúan con la luz muy fuertemente, y el efecto aumenta porque los plasmones aumentan la absorción ".