Физики из Сингапура и Нидерландов нашли способ «ловли» высокоэнергетичных электронов без выделения тепла. Статья ученых была опубликована в журнале Science Advances.

Полупроводники могут преобразовывать энергию фотонов в электрический ток. Однако некоторые частицы несут слишком много энергии для поглощения материалом. Эти фотоны производят «горячие электроны», избыточная энергия которых затем преобразуется в тепло. Ученые-материаловеды давно ищут способы сбора этого избытка энергии.

Для поглощения фотона веществом он должен иметь правильное количество энергии: слишком мало — и фотоны проходят прямо через материал; слишком много — и избыточная энергия теряется в виде тепла. Правильная величина определяется полосой пропускания: разностью энергетических уровней между самой высокой занятой молекулярной орбиталью (ВЗМО) и самой низкой свободной молекулярной орбиталью (НСМО).

Для полного улавливания энергии «горячих» электронов необходимо использовать материалы с более широкой полосой пропускания. Однако это означает, что «горячие» электроны должны перейти в этот материал перед тем, как потеряют свою энергию. В настоящее время общий подход к сбору этих электронов заключается в том, чтобы замедлить потерю энергии, например, с помощью наночастиц вместо сыпучего материала.

В новой работе ученые создали органико-неорганический гибридный полупроводник, в котором перовскит был объединен с батофенантролином (bphen) — материалом с большой полосой пропускания. Ученые использовали лазерный свет для возбуждения электронов в перовските и изучали поведение сгенерированных горячих электронов.

Для исследования полученного материала авторы работы использовали фемтосекундную спектроскопию методом накачки-зондирования. Это позволило ученым получить электроны в перовскитах с энергетическими уровнями чуть выше запрещенной зоны батофенантролина, не возбуждая электроны в нем. Следовательно, любые горячие электроны в этом материале пришли бы из перовскита.

Результаты показали, что горячие электроны из полупроводникового неорганического материала легко поглотились органическим соединением. Это произошло без необходимости замедления электронов. Однако ученые заметили, что требуемая энергия была немного выше, чем у электронов запрещенной зоны батофенантролина, что немного странно. По словам ученых, это, похоже, обусловлено необходимостью некоторой дополнительной энергии для преодоления барьера на границе раздела двух материалов.