赖斯大学的物理学家发现，等离子体金属可以被提示产生“热载流子”，进而在电极之间的纳米级间隙中出乎意料地发出明亮的光。该现象可能对光催化、量子光学和光电子学具有应用前景。
该最新研究成果论文发表在最近美国化学学会期刊《纳米快报》上。论文第一作者崔龙吉（Longji Cui）和第二作者朱云轩（Yunxuan Zhu）为中国博士学者。
物理学家并不惊奇地看到纳米实验发出的光。但是，当那盏灯的亮度比预期的高1万倍时，引起了他们的注意。
研究人员发现了这种巨大的发射，是由两个由等离子体材料（特别是金）制成的电极之间的纳米级间隙引起的。
几年前，实验室发现，激发电子越过间隙，这种现象被称为隧道效应，产生的电压要比金属平台中没有间隙的电压大。
在该项新研究中，当这些热电子是由驱动在金电极之间隧穿的电子产生的时，它们与空穴的复合会发出明亮的光，而输入电压越大，光越亮。
效果取决于金属的等离激元，即流过其表面的能量波动。研究人员说：“人们已经探索出等离激元对电动发光光谱很重要，但首先不产生这些热载流子的想法。” “现在，我们知道等离子体激元在此过程中扮演着多种角色。”
研究人员将几种金属制成具有纳米间隙的、微观的、蝴蝶结状的电极，可以让它们同时进行电子传输和光谱分析。在电极中，金是性能最好的电极，其中包括具有抑制等离子激元的铬和钯的化合物，这些化合物可帮助确定等离子激元在该现象中的作用。
研究人员说：“如果等离激元的唯一作用是帮助将光耦合出去，那么使用金和钯之类的材料之间的差异可能是20或50倍。” “这一事实告诉您正在发生一些不同的事情。”
原因是等离子体激元“几乎立即”衰减成热电子和空穴。“这种持续不断的搅动，利用电流将材料踢进去，产生了更多的电子和空穴，给了我们这种稳态的载流子热分布，而且我们能够一次保持几分钟。”
通过发射的光谱，研究人员的测量表明，那些热的载流子确实很热，达到了华氏3千度以上的温度，而电极却保持了相对凉爽的状态，即使输入的电压只有大约1伏。
这一发现可能对光电子学和量子光学的发展很有用，这对于以小规模消失的光-物质相互作用进行研究。“在化学方面，可以拥有非常热的载体的想法令人兴奋。” “这意味着您可能会使某些化学过程比平常更快地运行。
研究团队表示：“有很多研究对等离子光催化感兴趣，在这种情况下，可以发出光，激发等离激元，而这些等离激元中的热载体会产生有趣的化学反应。” “原则上，可以电激发等离子体激元，它们产生的热载体可以进行有趣的化学反应。”
参考：Longji Cui et al, Electrically Driven Hot-carrier Generation and Above-threshold Light Emission in Plasmonic Tunnel Junctions, Nano Letters (2020).
