| 2021年7月28日 |
電子冷卻需要多長時間?（Nanowerk新聞眾所周知，通過一種材料的電子流，即電流，會由於所謂的焦耳效應而使這種材料的溫度升高。這種效應被日常應用於家用和工業加熱器、吹風機、熱保險絲等，發生的原因是注入到材料中的新電子不能進入較低的能態，因為它們已經被材料的電子占據了，因此，它們必須以相對較高的能量開始它們的旅程。 |
| 這些電子被稱為熱載流子。然而，當熱載流子在材料中移動時，它們會因與固體中的其他電子和原子碰撞而損失能量。這種損失的能量轉化為熱能，從而導致溫度升高的過程被稱為熱載流子的熱化。 |
| 然而，應該指出的是，這種眾所周知的效應發生在電子通量非常高的情況下，在電子傳統設備中，電子通量可以達到每秒數十億個電子。因此，它為我們提供了無數電子的集體行為的信息，但是每個電子需要多長時間才能失去能量通常是一個很難用實驗來回答的問題。 |
| 在最近發表在雜誌上的一篇文章中納米快報（隧道結超偏置等離子體發射中的電子溫度和雙電子過程)，一組西班牙研究人員提出了一種新方法，以十億分之一秒的臨時分辨率探索熱載流子的熱化。 |
| 這項工作是由馬德裏自治大學、IFIMAC、馬德裏納米科學高級研究所(IMDEA Nanociencia)、Donostia國際物理中心(DIPC)和巴斯克地區大學/ euuskal Herriko Unibertsitatea合作完成的。他使用掃描隧道顯微鏡將電子注入銀表麵，其速率比標準器件中相應的工作電流低千倍，並研究了電子注入時在結處發射光的能量分布。 |
| 能量守恒定律的naïve觀點暗示，光子發射的能量不應該大於施加在結上的電壓:相反，實驗表明，盡管能量大於施加電壓的光子數量非常少，但它並不是完全為零。在其工作中，由Roberto Otero教授領導的聯盟將這一現象解釋為考慮到固體電子雲的溫度的結果，並允許從能量高於電壓的光子的能量分布中提取這一溫度。 |
| 這一分析表明，電子雲的溫度和材料本身的溫度在高溫和低電流下確實是一致的。然而，隨著電流的增加，估計的電子溫度高於樣品溫度。 |
| 作者對這種行為進行了合理解釋，考慮到通過增加電流，連續電子注入之間的平均時間會縮短。當這個時間小於熱載流子熱化對應的時間時，注入的第二個電子注意到電子雲溫度高於樣品的電子雲溫度，因為第一個電子的能量還沒有完全消散。如果第二個電子的注入導致了光的發射，那麼能量高於電壓的光的能量分布將反映出注入時電子雲的溫度。 |
| 這樣，通過測量不同電流下高於電壓能量的光的發射，就有可能跟蹤熱化過程發生的速度。 |
| 這些結果的重要性基於三個基本支柱:首先，它闡明了在外加電壓以上光子發射的性質並證明了這一事實與當前的科學知識是完全一致的;其次，它提供了一個測量固體電子溫度的新方法通過使用掃描隧道顯微鏡，可以實現原子空間分辨率的研究;最後，它提供了一個新工具來研究熱載流子的熱化過程一次一個． |
| 基於所有這些原因，作者相信這項工作對於納米尺度的熱和發光器件的設計和表征至關重要，並且可能對不同化學反應的納米催化劑的設計或可以使用極低泵浦功率的納米激光器的製造具有重要意義。 |
| 這項工作是馬德裏納米科學高級研究所(IMDEA Nanociencia)、馬德裏自治大學凝聚態物理中心(IFIMAC)、Donostia國際物理中心和巴斯克地區大學/EHU的研究小組之間的合作。 |
