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2018-06-07 16:47 |
物理学家们设计了一种方法来揭示光对材料的影响
物理学家们开发出一种方法来确定金薄膜与光相互作用后的电子特性。所述新方法发表在Nature Communications上，这增加了对控制电子和光的相互作用的基本规律的理解。 }EMds3<
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埃默里大学物理学助理教授，该研究的主要作者Hayk Harutyunyan说：“令人惊讶的是，到目前为止，在我们将光照在材料上，能确定材料到底发生了什么的方法非常有限。我们的发现可能为光学传感器和光伏电池等器件的改进铺平道路。” $n><p>`
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从太阳能电池板到照相机和手机、再到用我们的眼睛看，光子与原子和电子的相互作用无处不在。 Harutyunyan说：“光学现象是我们认为理所当然的一个基本过程，但光与材料的相互作用并未被完全了解。” [^D~T
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理解这些相互作用的细节的一个障碍是它们的复杂性。当光子的能量转移到吸光材料中的电子时，光子被毁灭，电子被激发从一个能级到另一个能级。但是涉及到太多的光子，原子和电子（其过程发生得非常之快 ），因此该过程的实验室建模在计算上极具有挑战性。 IG(1h+5 R(
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对于上述Nature Communications上发表的论文，物理学家们从一个相对简单的材料系统（超薄金层）入手 ， 并对其进行了实验。 S|K#lL
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“我们没有使用强大的计算能力，”Harutyunyan说。“我们从实验数据开始，开发了一种解析和理论模型，这种模型使我们能够使用笔和纸来解码数据。” ahUc ;S:v#
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Harutyunyan和他实验室的博士后研究员Manoj Manjare设计并开展了实验。来自阿贡国家实验室的Stephen Gray，Gary Wiederrecht和Tal Heipern提出了所需的数学工具。阿贡物理学家还与俄亥俄大学的Alexander Govorov一起研究理论模型。 H6oU Ne
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对于实验，金纳米层被以特定角度放置。然后用两个连续的脉冲照射在金纳米层上。“这些激光脉冲在时间上非常短，比一秒短几千亿倍，”Harutyunyan说。“第一个脉冲被金吸收，第二个脉冲光测量吸收的结果，结果显示了电子如何从基态变为激发态的。” llE_-M2gH
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通常情况下，金吸收绿色频率的光线，反射光谱上所有其他颜色的光，从而使金看起来呈现黄色。然而，在纳米层的形式中，金可以吸收光谱上红外部分的长波长的光。” o0)k5P~<~
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Harutyunyan说：“在某个特定的激发角度，我们能够诱导的不仅仅是一个不同频率，而且是一个不同物理过程的电子跃迁。随着时间的推移，我们能够跟踪这一过程，并展示这些跃迁是因何以及如何发生的。” |19zjhl
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通过使用这种方法来更好地理解材料吸光的相互作用，可能会产生调整和管理这些相互作用的方式。 W1!Nq`
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例如，光伏太阳能电池目前仅能够吸收照射到它表面的一小部分光。在生物医学中使用的光学传感器和化学中使用的光催化剂是可能通过这种新方法改进设备的其他例子。 N?3BzI%?
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尽管Nature Communications上的论文提供了概念的证明，但研究人员计划继续改进这种利用金膜的方法，并且在同时试验一系列其他材料。 v1`*}.#
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“最终，我们想要证明这是一种可以应用于许多有用材料的广泛方法。” Harutyunyan说。 1w$X;q"
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原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=50365.php（实验帮译）
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