Горячие электроны

Исследователи из Массачусетского технологического института научились управлять «горячими» электронами, возникающими в графеновой фотоэлектрической ячейке.

Когда фотон попадает в проводящую среду, такую как кремний или графен, он передаёт свою энергию электрону, который, условно говоря, в этот момент становится «горячим». Такой электрон тут же, в считанные фемтосекунды (10 в минус пятнадцатой степени секунды), наталкивается на другие электроны, передавая им часть своей энергии. Возникает местное тепловое возбуждение, приводящее к нагреву фотоэлектрической ячейки. Нужно ли говорить, что такой нагрев снижает эффективность преобразования световой энергии в электрическую?

Учёные из Массачусетса отрабатывали методику управления электронами на структуре из двух слоёв графена, между которыми находился изолирующий слой нитрида бора. Подавая различные напряжения и световые волны, учёные смотрели, как электроны перескакивают из одного проводящего слоя в другой. Выяснилось, что можно подобрать длину световой волны и напряжение так, что через слой изолятора вдруг начинает течь достаточно сильный электрический ток. Это означает, что возбуждённые светом электроны туннелируют во второй слой графена, не успевая столкнуться с другими электронами. Ключевую роль здесь играет ничтожная толщина графена.

Открытие, как надеются в Массачусетсе, поможет создать новые фотоэлектронные приборы и увеличить эффективность фотоэлектрических преобразователей, в частности, при работе с инфракрасным светом.