لومینسانس یا گسیل فوتون ها توسط ماده ای که در معرض نور قرار می گیرد، صدها سال است که در مواد نیمه هادی مانند سیلیکون رخ می دهد. رفتار نانومقیاس الکترون‌ها در حین جذب و سپس گسیل مجدد نور می‌تواند اطلاعات زیادی در مورد خواص نیمه‌رساناها به محققان بگوید، به همین دلیل است که آنها اغلب به عنوان کاوشگر برای توصیف فرآیندهای الکترونیکی، مانند آنچه در داخل سلول‌های خورشیدی رخ می‌دهند، استفاده می‌شوند.
در سال 1969، دانشمندان کشف کردند که تمام فلزات تا حدی درخشنده می شوند، اما تا کنون نتوانستند درک روشنی از چگونگی وقوع این اتفاق به دست آورند. علاقه مجدد به این انتشار نور که توسط نقشه برداری دما در مقیاس نانو و کاربردهای فوتوشیمی هدایت می شود، بحث پیرامون منشأ آن را دوباره برانگیخته است. اما پاسخ هنوز نامشخص بودتا کنون.
جولیا تالیابو، رئیس آزمایشگاه علوم نانو برای فناوری‌های انرژی (LNET) در دانشکده می‌گوید: «ما فیلم‌های طلای فلزی با کیفیت بسیار بالایی ایجاد کردیم که ما را در موقعیتی منحصر به فرد برای روشن کردن این فرآیند بدون عوامل مخدوش‌کننده آزمایش‌های قبلی قرار داد.
در مطالعات اخیر تالیابو و تیم LNET پرتوهای لیزر را بر روی لایه‌های طلایی بسیار نازک ( بین 13 تا 113 نانومتر) متمرکز کردند و سپس درخشش ضعیف حاصل را تجزیه و تحلیل کردند. داده‌های تولید شده از آزمایش‌های دقیق آنها آنقدر دقیق و غیرمنتظره بود که با نظریه‌پردازان مؤسسه علم و فناوری بارسلونا، دانشگاه جنوب دانمارک و مؤسسه پلی‌تکنیک رنسلر (ایالات متحده آمریکا) برای کار مجدد و اعمال کوانتوم همکاری کردند. روش های مدل سازی مکانیکی
رویکرد جامع محققان به آنها این امکان را داد تا بحث مربوط به نوع لومینسانس ناشی از فیلم ها – فوتولومینسانس – را که با روش خاصی که الکترون ها و همتایان با بار مخالف آنها (حفره ها) در پاسخ به نور رفتار می کنند، تعریف می شود، حل کنند. همچنین به آنها اجازه داد تا اولین مدل کامل و کاملاً کمی از این پدیده را در طلا تولید کنند که می تواند برای هر فلزی اعمال شود.
اثرات کوانتومی غیرمنتظره
تالیابو توضیح می دهد که با استفاده از یک لایه نازک از طلای تک کریستالی که با تکنیک سنتز جدید تولید شده است، تیم فرآیند نورتابی نور را در حالی که فلز را نازک تر و نازک تر می کردند، مورد مطالعه قرار دادند. او می‌گوید: «ما اثرات مکانیکی کوانتومی خاصی را مشاهده کردیم که در فیلم‌هایی تا حدود 40 نانومتر ظاهر می‌شوند، که غیرمنتظره بود، زیرا معمولاً برای یک فلز، تا زمانی که به زیر 10 نانومتر نروید، چنین اثراتی را مشاهده نمی‌کنید.
این مشاهدات اطلاعات فضایی کلیدی را در مورد محل وقوع فرآیند فوتولومینسانس در طلا ارائه می‌کند، که پیش نیازی برای استفاده از فلز به عنوان کاوشگر است. یکی دیگر از نتایج غیرمنتظره این مطالعه، کشف این بود که سیگنال نورتابی طلا (استوکس) می تواند برای کاوش دمای سطح خود ماده مورد استفاده قرار گیرد – این یک موهبت برای دانشمندانی است که در مقیاس نانو کار می کنند.
“برای بسیاری از واکنش های شیمیایی روی سطح فلزات، بحث بزرگی در مورد چرایی و تحت چه شرایطی این واکنش ها وجود دارد. دما یک پارامتر کلیدی است، اما اندازه گیری دما در مقیاس نانو بسیار دشوار است، زیرا یک دماسنج می تواند بر اندازه گیری شما تاثیر بگذارد. بنابراین، این یک مزیت بزرگ است که بتوان یک ماده را با استفاده از خود ماده به عنوان کاوشگر کاوش کرد.”
استاندارد طلایی برای توسعه سوخت خورشیدی
محققان بر این باورند که یافته‌های آنها به فلزات امکان می‌دهد تا بینش‌های بی‌سابقه‌ای درباره واکنش‌های شیمیایی، به‌ویژه واکنش‌هایی که در تحقیقات انرژی دخیل هستند، استفاده شود. فلزاتی مانند طلا و مس – هدف تحقیقاتی بعدی LNET – می‌توانند واکنش‌های کلیدی خاصی مانند کاهش دی اکسید کربن (CO 2 ) را به محصولات مبتنی بر کربن مانند سوخت‌های خورشیدی، که انرژی خورشیدی را در پیوندهای شیمیایی ذخیره می‌کنند، ایجاد کنند.
استفاده از فلزات یکی از راه‌های انجام این کار است، اما اگر درک خوبی از نحوه انجام این واکنش‌ها بر روی سطوح آنها نداشته باشیم، نمی‌توانیم آنها را بهینه کنیم. لومینسانس راه جدیدی برای درک آنچه در این فلزات اتفاق می‌افتد ارائه می‌کند.
.Materials provided by Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. Original written by Celia Luterbacher. Note: Content may be edited for style and length
