综合模型揭示了金薄膜光致发光背后的量子力学效应

EPFL研究人员开发了第一个关于金薄膜光致发光背后量子力学效应的综合模型；这一发现可能会推动太阳能燃料和电池的发展

发光，即暴露在光下的物质发射光子，数百年来一直存在于硅等半导体材料中。电子吸收并重新发光时的纳米级行为可以告诉研究人员很多关于半导体性质的信息，这就是为什么它们经常被用作表征电子过程的探针，比如太阳能电池内部的电子过程

1969年，科学家们发现所有金属都会在一定程度上发光，但在这几年里，科学家们未能清楚地了解这种情况是如何发生的。在纳米级温度测绘和光化学应用的推动下，人们对这种光发射的兴趣重新燃起，重新引发了围绕其起源的争论。但答案仍然不明确；直到现在

工程学院能源技术纳米科学实验室（LNET）负责人Giulia Tagliabue表示：“我们开发了非常高质量的金属金膜，这使我们处于一个独特的位置，可以在没有之前实验的混杂因素的情况下阐明这一过程。”；应用，Tagliabue和LNET团队将激光束聚焦在极薄的&mdash；在13和113纳米之间；金膜，然后分析产生的微弱辉光

他们精确实验产生的数据非常详细&mdash；太出乎意料了&mdash；他们与巴塞罗那科学技术研究所、南丹麦大学和伦斯勒理工学院（美国）的理论家合作，重新设计和应用量子力学建模方法

研究人员的综合方法使他们能够解决围绕薄膜发光类型的争论&mdash；光致发光&mdash；这是由电子及其带相反电荷的对应物（空穴）响应光的特定方式定义的。这也使他们能够在黄金中产生第一个完整的、完全定量的这种现象的模型，该模型可以应用于任何金属

Tagliabue解释说，该团队使用一种新的合成技术生产的单晶金薄膜，研究了使金属越来越薄的光致发光过程。她说：“我们观察到在高达40纳米的薄膜中出现了某些量子力学效应，这是出乎意料的，因为通常对于金属来说，只有在远低于10纳米的情况下才能看到这种效应。”

这些观察结果提供了关于金中光致发光过程确切发生位置的关键空间信息，这是金属用作探针的先决条件。该研究的另一个意想不到的结果是发现，金的光致发光（Stokes）信号可以用来探测材料自身的表面温度；这对从事纳米级工作的科学家来说是个福音

“对于金属表面的许多化学反应，关于这些反应为什么发生以及在什么条件下发生，存在着很大的争论。温度是一个关键参数，但在纳米尺度上测量温度是极其困难的，因为温度计会影响你的测量。因此，能够使用材料本身作为探针来探测材料是一个巨大的优势，”Tagliabue说

太阳能燃料开发的黄金标准研究人员相信，他们的发现将使金属能够用于对化学反应，特别是那些涉及能源研究的化学反应，获得前所未有的详细见解。金和铜等金属&mdash；LNET的下一个研究目标；可以引发某些关键反应，如将二氧化碳（CO2）还原为碳基产品，如太阳能燃料，太阳能以化学键的形式储存

该研究的第一作者、LNET博士后Alan Bowman表示：“为了应对气候变化，我们将需要以某种方式将二氧化碳转化为其他有用化学物质的技术。”

“使用金属是实现这一目标的一种方法，但如果我们不能很好地了解这些反应是如何在其表面发生的，那么我们就无法优化它们。发光提供了一种了解这些金属中发生了什么的新方法。”