Neue Methode erweitert die Lebensdauer plasmonischer heißer Löcher

Wenn Licht mit metallischen Nanostrukturen interagiert, erzeugt es sofort plasmonische Heißträger, die als wichtige Zwischenprodukte zur Umwandlung optischer Energie in hochwertige Energiequellen wie Elektrizität und chemische Energie dienen. Unter diesen spielen heiße Löcher eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der photoelektrochemischen Reaktionen. Sie lösten sich jedoch in Pikosekunden (Billionsths einer Sekunde) thermisch auf und machen praktische Anwendungen eine Herausforderung.

Jetzt hat ein koreanisches Forschungsteam erfolgreich eine Methode entwickelt, um heiße Löcher länger aufrechtzuerhalten und ihr Fluss zu verstärken, die Kommerzialisierung der nächsten Generation, der hohen Effizienz und der Konvertierungstechnologien der Licht und Energie zu beschleunigen.

Das Forschungsteam unter der Leitung des angesehenen Professors Jeong Young Park vom Department of Chemistry bei Kaist in Zusammenarbeit mit Professor Moonsang Lee vom Department of Materials Science and Engineering an der Inha University hat er erfolgreich den Fluss heißer Löcher und die zugeordnete lokale Aktuelle in Echtzeit verstärkt, wodurch der Mechanismus der Photocurrent -Verbesserung erläutert wird. Die Arbeit ist veröffentlicht In Wissenschaft Fortschritte.

Das Team entwarf eine Nanodiodenstruktur, indem er ein metallisches Nanomesh auf ein spezialisiertes Halbleitersubstrat (Galliumnitrid vom P-Typ) legte, um die Extraktion des Heißlochs an der Oberfläche zu erleichtern. Infolgedessen wurde in Galliumnitridsubstraten, die mit der Heißloch -Extraktionsrichtung ausgerichtet waren, der Fluss der heißen Löcher im Vergleich zu Substraten, die in andere Richtungen ausgerichtet waren, um ungefähr zweimal verstärkt.

Zur Herstellung des Au-Nanomesh wurde zuerst eine Polystyrol-Nano-Monolayer-Montage auf ein Galliumnitrid-Substrat (P-Gan) platziert, und dann wurden die Polystyrol-Nano-Perlen so geätzt, dass sie eine Nanomesh-Vorlage bildeten. Dann wurde ein 20 nm dicker goldener Nanofilm abgelagert, und die geätzten Polystyrol-Nano-Stenschaften wurden entfernt, um die goldene Nano-Mesh-Struktur am GaN-Substrat zu realisieren. Die hergestellte Au -Nanomesh zeigte aufgrund des plasmonischen Resonanzeffekts eine starke Lichtabsorption im sichtbaren Bereich.

Darüber hinaus analysierten die Forscher unter Verwendung eines photokondektrischen Photostrom-Kartierungssystems (PC-AFM) -basierte Photostrom-Mapping-System den Fluss heißer Löcher in Echtzeit auf der Nanometer-Skala (einhunderttausendstel der Dicke eines menschlichen Haares). Sie beobachteten, dass die Aktivierung der Hot Hole an „Hot Spots“ am stärksten war, wo Licht lokal auf die goldene Nanomesh konzentriert war. Durch die Modifizierung der Wachstumsrichtung des Gallium -Nitrid -Substrats erstreckte sich die Heiß -Loch -Aktivierung auch über die Hotspots hinaus zu anderen Bereichen.

Durch diese Forschung entdeckte das Team eine effiziente Methode zur Umwandlung von Licht in elektrische und chemische Energie. Es wird erwartet, dass dieser Durchbruch Solarzellen, Photokatalysatoren und Wasserstoffproduktionstechnologien der nächsten Generation signifikant vorantreiben wird.

Professor Park erklärte: „Zum ersten Mal haben wir den Fluss von Heißlöchern mithilfe einer Nanodiode -Technik erfolgreich kontrolliert. Diese Innovation bietet ein großes Potenzial für verschiedene optoelektronische Geräte und photokatalytische Anwendungen. Sie können beispielsweise zu bahnbrechenden Fortschritten bei den Solarenergieumwandlungstechnologien wie der Solarzellen und der Wasserstoffproduktion führen.

„Darüber hinaus kann die von uns entwickelte Echtzeit-Analysetechnologie auf die Entwicklung von ultra-miniaturisierten optoelektronischen Geräten angewendet werden, einschließlich optischer Sensoren und nanoskaliger Halbleiterkomponenten.“