研究人员利用扫描隧道显微镜集成激光和其他光学组件，在金薄膜表面捕获了分子并测定了热电子的能量分布。

高能量的“热”电子或能让太阳能板更有效地获取光能。然而，科学家们无法对这些电子的能量进行测量，这限制了热电子技术的进一步应用。

《科学》杂志报道，美国普渡大学和密歇根大学的研究人员新近开发的一种方法，以扫描隧道显微镜集成激光、光学元件，有望解决热电子能量分布的测定问题。

项目负责人、普渡大学教授Vladimir Vlad Shalaev说：“虽然关于热电子的理论模型很多，但我们还缺乏能直接测定热电子能量的方法。”

论文作者、普渡大学电子与计算机工程学院博士生Harsha Reddy补充说：“通过测定能量分布，我们就能量化一定能量下的可用电子数目。对于扩展热电子的应用是一个关键信息。”

一定频率的光照射到金/银等金属的特定纳米结构上时，会激发“表面等离子体”。这些等离子体最终会将部分能量转移给电子，使电子发热。

热电子的温度可高达2000华氏度左右，正是它们的高能量使其成为能源技术中的宠儿——对太阳能电池板而言，与传统方法相比，热电子能量可更有效地转换为电能。此外，热电子还能加速化学反应，提高能源技术效率（如汽车的氢燃料电池）。

Reddy说：“在一个典型的化学反应中，反应物需要足够的能量跨越阈值才能完成反应。高能热电子可以转移部分能量给反应物，推动它们突破阈值，使化学反应的速率更快。”

Reddy与密歇根大学博士后研究员Kun Wang等合作，先用18个月开发了实验装置，然后又花了12个月时间完成了热电子能量测量实验。在实验系统中，研究人员能够检测激发/不激发等离子体激元时产生的电荷电流差异。这种电流差异包含了决定金属纳米结构热电子能量分布的关键信息。

研究人员认为，这种方法可以用于能源相关应用的强化。陆军研究办公室项目经理Chakrapani Varanasi说：“Reddy等阐述了一种测量电荷载流子能量的独特方法。这一成果有望在未来应用于能源转换、光催化和光电探测等领域。”

原创编译：雷鑫宇 审稿：alone 责编：张梦

期刊来源：《科学》

期刊编号：0036-8075

原文链接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-06/pu-du060420.php

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