二氧化钛(TiO2)是光电最有前途的材料之一,现在光催化。这种材料出现在不同的结晶形式,但最具吸引力的一个应用程序被称为“锐钛矿”。尽管几十年的研究在吸收光的转换成电荷在锐钛矿TiO2,其基本的电子和光学性质的本质仍然是未知的。欧洲科学家,与国家和国际合作伙伴已经揭示的问题,结合稳态和超快光谱技术,以及理论计算。这项工作发表在自然通讯。
锐钛矿TiO2涉及范围广泛的应用程序,从光电、光催化自清洁眼镜,水和空气净化。这些都是基于光的吸收及其后续转换成电荷。鉴于其广泛使用在各种应用程序中,TiO2一直是研究最多的材料在20世纪,实验和理论上。
当光照在半导体材料如TiO2,它生成自由负(电子)和正(孔)指控或中性的电子空穴对,称为激子。激子的极大的兴趣,因为他们可以传输能量和电荷在纳米级水平,并形成整个领域新一代电子产品的基础上,被称为“激子学”。TiO的问题2到目前为止,我们还没有能够清楚地识别的本质和属性吸收光的物理对象和描述其属性。
马吉德集团Chergui EPFL以及瑞士和国际同事,阐明这个长期存在的问题通过使用尖端的实验方法的结合:稳态angle-resolved光电发射光谱(arp),地图电子的能量在不同固体轴;半岛综合体育官方APP下载德甲光谱椭圆对称,这决定了固体与高精度的光学特性;和超快的二维deep-ultraviolet光谱,首次用于材料的研究,以及最先进的采用基于的理半岛综合体育官方APP下载德甲论工具。
他们发现,光学吸收谱的门槛是由于强烈束缚激子,展览两个引人注目的新特性:首先,它是在一个二维(2 d)飞机上的三维点阵材料。这是第一次报告的这种情况下凝聚态。第二,这个2 d激子对温度和免疫缺陷,因为它存在于任何类型的TiO2甚至单一晶体、薄膜和纳米粒子用于设备。
这种“免疫力”的激子长期结构性障碍和缺陷意味着它可以存储传入的能量以光的形式,引导它在纳米尺度上选择性。这承诺一个巨大的进步与现有技术相比,吸收光能量的消散热量晶格,使传统的激励计划非常低效。
此外,新发现的激子非常敏感的各种内部和外部的刺激材料(温度、压力、多余的电子密度),铺平了道路,一个强大的、准确的和廉价的检测方案与光学读出传感器。
“鉴于它是便宜和容易制备锐钛矿TiO2材料,这些发现对于许多应用程序是至关重要的,”马吉德说Chergui。“后知道电荷是如何生成的光被吸收是高效催化剂的关键因素。”
