表面等离激元纳米结构中的热载流子动力学 热载载流子的定义与产生 在表面等离激元纳米结构中，当金属（如金、银）受到光照射时，其自由电子会发生集体振荡，形成表面等离激元。若振荡能量足够高（例如通过共振激发），部分高能电子可吸收光子能量，跃迁至高于费米能级的未占据态，成为“热载流子”（包括热电子和空穴）。这一过程通常通过 带内跃迁 （同一能带内）或 带间跃迁 （不同能带间）实现，其效率取决于金属的能带结构、纳米结构的几何形状及激发光的频率。 热载流子的弛豫与寿命 热载流子的寿命极短（飞秒至皮秒量级），其能量主要通过以下途径耗散： 电子-电子散射 ：高能电子与其他电子碰撞，在约100飞秒内重新分布能量； 电子-声子耦合 ：电子将能量传递给晶格振动（声子），导致局部升温（约1皮秒）； 界面转移 ：若纳米结构与相邻介质（如半导体）接触，部分热载流子可注入介质中，参与化学反应或光电转换。 寿命的精确测量常借助超快光谱技术（如瞬态吸收光谱）。 热载流子的提取与应用 通过设计纳米结构（如金纳米棒与二氧化钛复合），可引导热载流子跨越金属-介质界面： 光电催化 ：热电子还原反应物（如CO₂），空穴氧化水分子； 光伏器件 ：在肖特基结中，热载流子产生光电流，突破传统光伏器件的带隙限制； 传感增强 ：热载流子改变局域折射率，提升表面增强拉曼散射（SERS）的灵敏度。 动力学调控策略 材料选择 ：铜、铝等金属的带间跃迁阈值较低，利于热载流子生成； 结构设计 ：纳米间隙、核壳结构可产生“热点”，增强局域电场，提高激发效率； 界面工程 ：包覆分子单层或二维材料（如石墨烯），减少散射损失，促进载流子转移。