Was sind heiße Elektronen?

Heiße Elektronen (eine Art „heiße Ladungsträger“) sind Elektronen, die sehr hohe kinetische Energiewerte gewonnen haben, nachdem sie durch ein starkes elektrisches Feld in Bereichen mit hoher Feldstärke innerhalb eines Halbleiters beschleunigt wurden. Aufgrund ihrer hohen kinetischen Energie können sie in Bereiche injiziert und eingeschlossen werden, wo sie nicht sein sollten, und eine Raumladung bilden, die dazu führen kann, dass sich der Halbleiter verschlechtert oder instabil wird.

Was sie mit Plasmonen zu tun haben, hier ist ein Zitat aus einer relevanten Studie (mein zweiter Link unten):

Heiße Elektronen können aus plasmonischen Teilchen extrahiert und in ein molekularelektronisches Gerät geleitet werden, was einen neuen Mechanismus der Übertragung von Licht zu elektronischem Transport darstellt.

Weitere Informationen finden Sie unter:

Theorie heißer Elektronen: allgemeine Diskussion (Behind Paywall)

Nutzung Plasmon-induzierter heißer Elektronen in molekularen elektronischen Geräten

Heiße Elektronen tun das Unmögliche: Plasmon-induzierte Dissoziation von H ₂ auf Au

Wenn ein kleines Metallteilchen mit Licht bestrahlt wird, wird ein Teil der absorbierten Energie verwendet, um Elektronen aus dem Valenzband in das Leitungsband zu übertragen (Interbandübergänge), der andere Teil wird von Leitungselektronen absorbiert (Intrabandübergänge). Die spezifische Wärme dieser Leitungselektronen ist schwach, daher können diese Elektronen leicht auf erhöhte Temperaturen gebracht werden. Wie die Elektronen zunächst im Detail auf die Leitungsbandebenen verteilt werden, ist von Fall zu Fall unterschiedlich (Inter- und Intraband-Mechanismus). Die angeregten Elektronen (sogenannte nichtthermische Elektronen ) gleichen sich jedoch schnell durch Elektron-Elektron-Streuung auf einer Zeitskala von einigen 100 fs aus, um eine Verteilung heißer Elektronen zu erzeugen (und die Elektronen werden heiße Elektronen genannt).). Die Verteilung heißer Elektronen entspannt sich dann über Elektron-Phonon-Streuung auf einer Zeitskala von wenigen Pikosekunden. Während dieser Zeit befinden sich die heißen Elektronen, denen eine Temperatur gegeben werden kann, nicht im thermischen Gleichgewicht mit dem Gitter. Ihre Fermi-Dirac-Verteilung wird daher modifiziert, indem ein Teil der Ein-Elektronen-Niveaus unterhalb des Fermi-Niveaus geleert wird, während ein Teil der Niveaus oberhalb des Fermi-Niveaus besetzt wird. Dies führt zu einer Veränderung der Dielektrizitätskonstante$\varepsilon_m$eines Teilchens. Diese Modifikation führt zu einer Variation der Oberflächenplasmonresonanz des Partikels, die seine optischen Eigenschaften bestimmt. Es ist auch der Ursprung des Beitrags heißer Elektronen zur optischen Nichtlinearität von Partikeln.

Die Schlussfolgerung ist, dass heiße Elektronen die durch Laserstrahlen induzierten Elektronen sind, die sich nicht im thermischen Gleichgewicht mit dem Gitter befinden. Während ihrer relativ kurzen Existenz tragen sie durch die Veränderung der dielektrischen Funktion eines Metallpartikels zur Modifikation der Eigenschaften von Plasmon-Polaritonen bei.