科學家們在薄金膜上的研究揭示了新奇的光致發光行爲，這一突破不僅加深了我們對納米尺度化學反應和溫度測量的理解，還可能推動太陽能燃料和電池技術的發展。

光致發光是物質在暴露于光時發射光子的過程，這一現象在硅等半導體材料中已被觀察到。這種涉及納米尺度電子吸收光並隨後重新發射的行爲，爲研究人員提供了寶貴的半導體屬性洞察，使它們成爲探測電子過程的有用工具，例如太陽能電池中的那些。

1969年，科學家們發現所有金屬都有一定程度的發光，但多年來對這一現象的理解並不清晰。隨著對納米尺度溫度映射和光化學應用的興趣增加，對光發射起源的辯論再次被點燃。然而，直到現在，答案仍然不明確。

在EPFL（洛桑聯邦理工學院）的研究人員開發了第一個詳細模型，解釋了導致薄金膜光致發光的量子力學效應。研究人員使用激光束照射極薄的金膜（13至113納米之間），並分析了由此産生的微弱光芒。他們精確實驗産生的數據非常詳細且出人意料，以至于他們與巴塞羅那科學技術研究所、丹麥南方大學和美國倫斯勒理工學院的理論家合作，重新工作並應用量子力學建模方法。

研究人員的全面方法使他們能夠解決圍繞薄膜發光類型的辯論——光致發光，這是通過特定的電子及其相反電荷的對應物（空穴）對光的行爲來定義的。這也使他們能夠産生第一個完整的、完全定量的金中這種現象的模型，該模型可以應用于任何金屬。

研究團隊使用一種新的合成技術生産的單晶金薄膜，研究了隨著金屬變得更薄，光致發光過程的變化。他們觀察到在大約40納米厚的薄膜中出現了某些量子力學效應，這是出乎意料的，因爲通常對于金屬，直到厚度遠低于10納米時，才看不到這樣的效應。

這項研究的另一個意外發現是，金的光致發光（斯托克斯）信號可以用來探測材料自身的表面溫度——這對于在納米尺度上工作的科學家來說是一個福音。

研究人員認爲，他們的發現將允許金屬被用來獲得關于化學反應的前所未有的詳細洞察，特別是那些涉及能源研究的化學反應。像金和銅這樣的金屬——LNET（能源技術納米科學實驗室）的下一個研究目標——可以觸發某些關鍵反應，例如將二氧化碳（CO2）還原成基于碳的太陽能燃料産品，這些産品將太陽能儲存在化學鍵中。

你認爲這項技術將如何影響太陽能燃料和電池技術的發展？或者你有自己對納米科學和能源技術的看法和想法嗎？歡迎在評論區分享你的想法和見解，讓我們一起探討科技如何幫助我們更好地理解和利用光致發光現象。

參考資料：DOI： 10.1038/s41377-024-01408-2