Az arany rejtélyes ragyogásának megfejtése
Az EPFL kutatói előálltak az első részletes modelllel, amely magyarázatot ad a vékony aranyrétegek fotolumineszcenciáját okozó kvantummechanikai hatásokra, ami új lehetőségeket nyithat meg a napenergia-alapú technológiák terén.
A lumineszcencia jelensége, amikor az anyagok fény hatására fotonokat bocsátanak ki, régóta ismert a félvezető anyagok, például a szilícium esetében. Az elektronok és a lyukak fény elnyelése és újbóli kibocsátása révén a kutatók értékes betekintést nyerhetnek a félvezetők tulajdonságaiba, ami fontos szerepet játszik az elektronikus eszközök, például a napelemek működésének megértésében.
Az arany lumineszcenciájának jelenségét először 1969-ben fedezték fel, de az évek során nem sikerült teljesen megérteni a folyamatot. A nanoméretű hőmérséklet-térképezés és a fotokémiai alkalmazások iránti növekvő érdeklődés újraélesztette a fénykibocsátás eredetével kapcsolatos vitákat. Az EPFL Energetikai Technológiák Nanotudományi Laboratóriumának (LNET) vezetője, Giulia Tagliabue szerint a kiváló minőségű fémarany filmek fejlesztése lehetővé tette számukra, hogy tisztázzák a folyamatot.
A Nature Light Science and Applications folyóiratban közzétett tanulmányban az LNET csapata lézersugarakat irányított a 13 és 113 nanométer közötti vastagságú aranyfilmekre, és elemezték a keletkező halvány felfénylést. A kísérletek során nyert adatok alapján a kutatók együttműködtek a barcelonai Tudományos és Technológiai Intézettel, a Dél-dániai Egyetemmel és az amerikai Rensselaer Politechnikai Intézettel, hogy átdolgozzák és alkalmazzák a kvantummechanikai modellezési módszereket. Ennek eredményeként sikerült lezárniuk a fotolumineszcencia jelenségével kapcsolatos vitát, és előállítaniuk az első modellt, amelyet bármilyen fémre alkalmazhatnak.
A kutatók megfigyeléseik során váratlan kvantummechanikai hatásokat észleltek a körülbelül 40 nanométeres aranyfilmekben, ami meglepő volt számukra, mivel általában csak 10 nm alatti méretekben számítanak ilyen hatásokra. Ezek a megfigyelések kulcsfontosságú térbeli információkat szolgáltattak arról, hogy pontosan hol zajlik a fotolumineszcencia-folyamat az aranyban. Ezenkívül felfedezték, hogy az arany fotolumineszcens jelét fel lehet használni az anyag saját felületi hőmérsékletének szondázására.
Az eredmények lehetővé teszik a tudósok számára, hogy eddig soha nem látott részletességű betekintést nyerjenek a kémiai reakciókba, különösen az energiakutatásban fontos szerepet játszó reakciókba. Az arany és a réz, mint az LNET következő kutatási célpontjai, képesek bizonyos kulcsfontosságú reakciókat kiváltani, mint például a szén-dioxid visszaalakítását szénalapú termékekké, vagy a napsugárzást napenergiává alakítani. Alan Bowman, az LNET kutatója és a tanulmány első szerzője szerint a lumineszcencia új módot kínál arra, hogy megértsük, mi történik ezekben a fémekben, ami elengedhetetlen a CO2-t hasznos vegyi anyagokká alakító technológiák optimalizálásához.
