众所周知,由于所谓的焦耳效应,电流会增加传导电流的材料的温度。这种在家用和工业加热器、吹风机、热熔断器等中日常使用的效应发生是因为注入材料的新电子无法进入较低的能量状态,因为这些电子已经被材料的电子占据,并且因此他们必须以相对较高的能量开始他们的旅程。这些电子被称为热载流子。然而,当它们穿过材料时,热载流子通过与固体中的其他电子和原子碰撞而失去能量。将这种损失的能量转化为热能并因此转化为温度升高的过程称为热载流子的热化。

然而,应该注意的是,这种众所周知的效应发生在非常高的电子通量下,在电子传统设备中每秒可以达到数十亿个电子。因此,它揭示了有关电子集体行为的信息,但每个电子失去能量需要多长时间是一个普遍难以通过实验回答的问题。

在Nano Letters 上发表的一篇文章中,一组西班牙研究人员提出了一种新方法来探索热载流子的热化,临时分辨率为十亿分之一秒。这项工作由马德里自治大学、IFIMAC、马德里纳米科学高级研究所 (IMDEA Nanociencia)、多诺斯蒂亚国际物理中心 (DIPC) 和巴斯克大学 (EHU) 合作完成,使用了扫描隧道显微镜以比标准设备中对应的工作电流低千倍的速度将电子注入银表面。研究人员检查了响应于电子注入的结处发射光的能量分布。

对能量守恒定律的幼稚看法意味着光子不应以大于施加到结的电压的能量发射:相反,实验表明,尽管能量大于施加电压的光子数量非常小,不完全为零。在其工作中,由 Roberto Otero 教授领导的联盟将这种现象解释为考虑固体电子云温度的结果,并允许研究人员从光子的能量分布中提取该温度高于电压的能量。

该分析表明,对于高温和低电流,电子云的温度和材料本身的温度确实一致。然而,随着电流的增加,估计的电子温度增加到高于样品温度。作者将这种行为合理化,因为通过增加电流,连续电子注入之间的平均时间会减少。当这个时间小于热载流子热化对应的时间时,注入的第二个电子注意到电子云温度高于样品的电子云温度,因为第一个电子的能量尚未完全耗散。如果第二个电子的注入导致光的发射,能量高于电压的光的能量分布将反映注入时电子云的温度。通过这种方式,通过测量不同电流下能量高于电压的光的发射,可以跟踪热化过程发生的速度。

该研究阐明了施加电压以上光子发射的性质并展示了这一事实如何与当前的科学知识完全一致。此外,它还提供了一种通过具有原子空间分辨率的扫描隧道显微镜测量固体电子温度的新方法。它提供了一种新工具,可以一次研究一个热载体的热化过程。由于所有这些原因,作者相信这项工作对于纳米级热和发光器件的设计和表征至关重要,并且可能对用于不同化学反应的纳米催化剂的设计或纳米激光器的制造具有重要意义。以极低的泵功率工作。

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文章来源于互联网:拍摄物质中电子的热死亡

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作者 2021bo

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