Изменяя физическую структуру золота на нано-уровне, ученые могут кардинально изменить взаимодействие материала со светом, а следовательно, и его электронные и оптические свойства. Это показано в исследовании Умеоского университета, опубликованном в журнале Nature Communications.
В экспериментах использовались тонкие пленки нанопористого золота — материала с губчатой структурой, пронизанного сетью нанопор, заполненных воздухом. В отличие от сплошного металла, такая архитектура резко меняет оптические и электронные свойства золота.
Когда исследователи облучали эти пленки сверхкороткими лазерными импульсами, оказалось, что пористое золото поглощает свет значительно эффективнее и в более широком спектральном диапазоне. В результате электроны получают намного больше энергии. Их температура достигала около 3200 К, что соответствует примерно 2900°C. Для сравнения, в обычной золотой пленке при тех же условиях температура составляла около 800 К, или примерно 500°C.
При этом «горячие» электроны в нанопористом золоте остывают медленнее, что увеличивает время, в течение которого они могут участвовать в фотохимических процессах и инициировать реакции, которые в обычных материалах идут крайне неэффективно или вообще не наблюдаются.
С помощью электронной микроскопии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии в Университете Умео ученые подтвердили, что эффект связан не с изменением химических свойств золота, а исключительно с его физической формой. Ключевым параметром оказался коэффициент заполнения — соотношение объема золота и воздуха в структуре. Управляя им, можно целенаправленно настраивать электронное поведение материала и его взаимодействие со светом.
Сама геометрия становится инструментом проектирования. Такой подход позволяет усиливать каталитические реакции, в том числе связанные с производством водорода и улавливанием углекислого газа, и может быть перенесен на другие металлы.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что физики впервые смогли точно измерить неуловимые ядра рутения.
