'Varme' elektroner i metalliske nanostrukturer - ikke-termiske bærere eller opvarmning?

I de senere år har der været stigende interesse for studiet af varme elektroner i metalliske nanostrukturer. Varme elektroner er elektroner, der er blevet ophidset til energier langt over Fermi-niveauet, og de kan spille en vigtig rolle i en række fysiske processer, såsom plasmonik, fotokatalyse og termoelektricitet.

Et af de centrale spørgsmål om varme elektroner er, om de kan betragtes som en ikke-termisk population af bærere. I en termisk ligevægt følger fordelingen af ​​elektronenergier en Fermi-Dirac-fordeling, og den gennemsnitlige elektronenergi er givet af Fermi-energien. Men når varme elektroner genereres, kan deres energifordeling afvige væsentligt fra Fermi-Dirac-fordelingen, og de kan have en gennemsnitlig energi, der er meget højere end Fermi-energien.

Der er to hovedmekanismer, der kan føre til generering af varme elektroner i metalliske nanostrukturer:

* Optisk excitation: Når en metal nanostruktur belyses med lys, kan fotonerne absorberes af elektronerne i metallet, og det kan excitere dem til højere energiniveauer.

* Elektrisk indsprøjtning: Varme elektroner kan også genereres ved at påføre en spænding til en metalnanostruktur. Dette kan få elektroner til at tunnelere fra den ene elektrode til den anden, og dette kan give dem nok energi til at blive varme elektroner.

Når varme elektroner er blevet genereret, kan de interagere med gitteret af metalnanostrukturen, og dette kan føre til overførsel af energi fra de varme elektroner til gitteret. Denne proces er kendt som elektron-fonon-kobling, og den kan føre til opvarmning af metalnanostrukturen.

Opvarmning af metalnanostrukturer med varme elektroner kan have en række vigtige konsekvenser. Det kan for eksempel føre til ændringer i metalnanostrukturens optiske egenskaber, og det kan også påvirke metalnanostrukturens elektriske ledningsevne og termiske ledningsevne.

Studiet af varme elektroner i metalliske nanostrukturer er et komplekst og udfordrende felt, men det er også et meget vigtigt felt, da varme elektroner kan spille en vigtig rolle i en række fysiske processer. Ved at forstå opførselen af ​​varme elektroner kan vi designe metal nanostrukturer, der har de ønskede egenskaber til en række forskellige anvendelser.