Probing hot-electron effects in plasmonic surfaces using x-ray photoelectron spectroscopy

Sıcak-elektronların plazmonik yapılarda oluşturduğu etkiler bir süredir güneş enerjisi dönüşümü ve fotodetektör teknolojisinde alternatif mekanizmalar olarak araştırılmaktadır. Potansiyel olarak, sıcak elektron etkileri fotonların elektriksel güce çevrilmesi için yarı iletken içermeyen bir yol sağlamaktadır. [1][2][3] Burada, X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) kullanarak sıcak elektronun metalyalıtkan- metal yapılar üzerindeki etkilerini araştırmaktayız. XPS geçmiş yıllarda yarı iletken malzemelerde ve nanokompozit yüzeylerde optoelektronik etkileri araştırmak için kullanılmıştır.[4][5][6] Buna benzer bir yöntem ile, metal-yalıtkanmetal yapılardaki plazmonik ve sıcak elektron etkileri karakterize edilmektedir. Dalga boyu 450 nm, 532 nm ve 650 nm olan lazerler, termal buharlaştırıcı, atomik boyutta katman kaplama ve elektron ışını litografisi kullanılarak elde edilen plazmonik yüzeyleri aydınlatmak için kullanılmıştır. Plazmonik anten (metal nanodiskler ve ızgaralı/şeritli yapılar) olarak davranan metal-yalıtkan-metal yapıların üst tabakasındaki metal, dalgaboyu seçici ya da geniş bant optik soğurma sağlamaktadır. Üst metal tabaka ve yalıtkan ara yüzeydeki plazmonik güçlendirme yapıdaki ışığın soğrulmasını arttırmakta ve metalden daha çok sayıda sıcak elektronun uyarılmasına öncülük etmektedir. Sıcak elektron etkileri üst metal tabakanın bağlanma enerjisindeki kaymaların karanlık ve aydınlık ortamlardaki karşılaştırılması ile karakterize edilmiştir. XPS spektrumu üst metal tabaka ve yalıtkan ara yüzeydeki plazmonik ve sıcak elektron etkileri hakkında önemli bilgiler sağlamaktadır. XPS spektrumunun, plazmonik uyarılma dalga boyu, ışık yoğunluğu, polarizasyon, yalıtkan kalınlığı ve nanoyapı geometrisi ile olan ilişkisi sistematik bir şekilde sunulmuştur. Simetrik ve asimetrik tünel bariyerlerinde alttaş ve yalıtkan olarak farklı malzemeler kullanılmasının etkileri de ayrıca çalışılmıştır.