科学家们在薄金膜上的研究揭示了新奇的光致发光行为，这一突破不仅加深了我们对纳米尺度化学反应和温度测量的理解，还可能推动太阳能燃料和电池技术的发展。
光致发光是物质在暴露于光时发射光子的过程，这一现象在硅等半导体材料中已被观察到。这种涉及纳米尺度电子吸收光并随后重新发射的行为，为研究人员提供了宝贵的半导体属性洞察，使它们成为探测电子过程的有用工具，例如太阳能电池中的那些。
1969年，科学家们发现所有金属都有一定程度的发光，但多年来对这一现象的理解并不清晰。随着对纳米尺度温度映射和光化学应用的兴趣增加，对光发射起源的辩论再次被点燃。然而，直到现在，答案仍然不明确。
在EPFL（洛桑联邦理工学院）的研究人员开发了第一个详细模型，解释了导致薄金膜光致发光的量子力学效应。研究人员使用激光束照射极薄的金膜（13至113纳米之间），并分析了由此产生的微弱光芒。他们精确实验产生的数据非常详细且出人意料，以至于他们与巴塞罗那科学技术研究所、丹麦南方大学和美国伦斯勒理工学院的理论家合作，重新工作并应用量子力学建模方法。
研究人员的全面方法使他们能够解决围绕薄膜发光类型的辩论——光致发光，这是通过特定的电子及其相反电荷的对应物（空穴）对光的行为来定义的。这也使他们能够产生第一个完整的、完全定量的金中这种现象的模型，该模型可以应用于任何金属。
研究团队使用一种新的合成技术生产的单晶金薄膜，研究了随着金属变得更薄，光致发光过程的变化。他们观察到在大约40纳米厚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，直到厚度远低于10纳米时，才看不到这样的效应。
这项研究的另一个意外发现是，金的光致发光（斯托克斯）信号可以用来探测材料自身的表面温度——这对于在纳米尺度上工作的科学家来说是一个福音。
研究人员认为，他们的发现将允许金属被用来获得关于化学反应的前所未有的详细洞察，特别是那些涉及能源研究的化学反应。像金和铜这样的金属——LNET（能源技术纳米科学实验室）的下一个研究目标——可以触发某些关键反应，例如将二氧化碳（CO2）还原成基于碳的太阳能燃料产品，这些产品将太阳能储存在化学键中。
你认为这项技术将如何影响太阳能燃料和电池技术的发展？或者你有自己对纳米科学和能源技术的看法和想法吗？欢迎在评论区分享你的想法和见解，让我们一起探讨科技如何帮助我们更好地理解和利用光致发光现象。
参考资料：DOI： 10.1038/s41377-024-01408-2
真正优秀的人总会发光的。