電子科大王志明研究團隊ACS Energy Letters 封面綜述：納米晶材料等離子體的電子結構-熱電子產生效率的局限性

引言

等離子體是由金屬和其他導體中移動電子的共振激發產生的。在等離子體中，大量自由電子在空間和時間上相干振蕩會產生極強的光學響應。在金屬或其他導體中，等離子體激元表現為表面上累積電荷的集體動態振蕩，進而產生不同于諸如量子點（QD）的半導體系統，局部表面等離子體激元共振由大量電子所構成的現象。金屬納米晶具備很多優異的物理性質，比如，響應波長可隨著納米晶的形貌而發生顯著變化，光響應集中在等離子體峰附近體現尖峰特性，以及相互作用強度遠遠高于相關研究領域的其他材料等。

成果簡介

本綜述討論的內容是金屬納米結構中的等離子體共振的電子結構，闡明金屬納米晶體中的等離子體響應的重要特性，該特性中等離子體及其波函數主要由大量低能激子組成，而這些激子即費米能級附近的電子。電子在表面和熱點中的散射效應可以激發納米晶體中一些高能熱電子，這種現象利用經典理論就能合理的解釋等離子體共振，即經典加速度產生低能載流子的集體振蕩。從本質上說，這種經典運動是耗散的，會導致加熱。另一方面，納米晶體中熱電子的產生是量子表面效應的結果，但熱電子過程的能量效率總是受限的。由于熱電子增強存在多種可能性，故光電探測器，光催化和超快速光譜學領域的應用便應運而生。

總結和展望

由于金屬納米晶的等離子流態主要由含激發能量的電子組成，因此高能熱電子的產率總會被限制。提高熱電子產率的一種方法就是選擇具備長載流子平均自由程和顯著等離子體共振特性的等離子體材料。另一種方法提高產率的方法是設計具有一定強度和寬度熱點區域的金屬納米晶，并耦合納米結構和在紅外和近紅外區域響應的超材料。在此綜述中，我們從微觀層面對等離子體響應問題進行展開，描述了提高熱電子產生效率的機制，并展望其應用于能源等相關領域。

期刊名稱：ACS Energy?Letters

鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b01617

發表日期：2019年9月16日

作者：Le Chang, Lucas V. Besteiro*, Jiachen Sun, Eva Yazmin Santiago, Stephen K. Gray, Zhiming Wang*, and Alexander O. Govorov*

作者常樂所在團隊系電子科技大學基礎與前沿研究院王志明院長成立的信息材料與器件團隊。團隊現有國家特聘專家1人，國家青年特聘專家1人，長江講座教授1人，協議教授48人，單位遍布十五個國家和地區，研究生32人。團隊成立至今，招收來自九個國家和地區的博士后共24人，主要研究方向涉及：半導體光電器件、柔性電子學、熱電材料以及材料計算與模擬等。目前團隊已在Nature Communications, Science Advances, PNAS, Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, Nano Letters等期刊上發表論文二十余篇。

本文由電子科大王志明團隊供稿。

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