Wat gebeurt er met een stuk metaal als je er licht op schijnt? Deze vraag, dat een van de drijvende krachten is geweest van de moderne natuurkunde, de laatste jaren hernieuwde belangstelling gekregen, met de vooruitgang in de fabricage van kleine metalen nanodeeltjes. Als een stuk metaal heel klein is, het blijkt dat het heel goed kan koppelen aan zichtbaar licht. De studie van fundamentele en toepasbare aspecten van deze interactie wordt meestal plasmonica genoemd.

Op het gebied van plasmonica - en rekening houdend met metalen nanodeeltjes - kwamen er twee verschillende antwoorden naar voren op de hierboven gestelde vraag. De eerste, die gebaseerd is op klassieke natuurkunde en vrij intuïtief is, is dat het nanodeeltje opwarmt. Inderdaad, het feit dat verlichte nanodeeltjes dienen als gelokaliseerde warmtebronnen heeft een breed scala aan toepassingen gevonden, van kankerbehandeling tot ontzilting van water. Het tweede antwoord is subtieler, en suggereert dat bij verlichting, de elektronen wijken af ​​van evenwicht en nemen een niet-Fermi-verdeling in, gekenmerkt door een overmaat aan elektronen bij hoge energieën, zogenaamde "hete elektronen".

Deze twee modellen, verwarming versus "hete elektronen, " worden meestal gepresenteerd als orthogonaal, en theorieën richten zich ofwel op het een of het ander. In een recent werk, uitgevoerd door de groepen van Prof. Yonatan Sivan en Yonatan Dubi (beiden van de Ben-Gurion University, Israël), deze twee foto's werden samengevoegd tot één enkel theoretisch kader, waardoor ze zowel de elektronenverdeling als de elektronen- en roostertemperaturen van een verlicht nanodeeltje volledig konden evalueren. Hun onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Licht:wetenschap en toepassingen .

Het beeld dat uit hun onderzoek naar voren komt, is dat inderdaad de twee effecten - verwarming en generatie van "hete elektronen" - aanwezig zijn. Nog, in tegenstelling tot veel recente beweringen, verwarming is veel belangrijker, en gebruikt het grootste deel van het ingangsvermogen van de verlichting. Slechts een klein deel (minder dan een miljoenste) van het opgenomen vermogen wordt gekanaliseerd naar het genereren van "hete elektronen, ", wat dus een uiterst inefficiënt proces is.

Veel experimentele en theoretische studies hebben de belofte gevierd van het exploiteren van "hete elektronen" om verschillende functies uit te voeren, van fotodetectie tot fotokatalyse. Het werk van Sivan en Dubi maakt een realistische evaluatie mogelijk van de efficiëntie van het oogsten van energie met behulp van "hete elektronen, " en onderzoekt de grenzen van deze efficiëntie. het dient als een essentiële eerste stap naar een realistische berekening van het volledige energiewinningsproces in veel systemen, van plasmon-versterkte fotokatalytische systemen tot zonnecellen.