【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，属于纳米材料热电子传输动力学。
技术介绍
1、金属异质结构中的热电子动力学和输运在各种先进的光电应用中起着举足轻重的作用，包括太阳能电池、光催化、光电探测器等。在大多数光电器件中，激发的载流子需要在衰变之前扩散到提取区。热电子的非平衡传输通常伴随着能量耗散，这极大地影响了器件的效率。能量耗散主要通过从电子到声子系统的传热过程发生，其强度由电声耦合系数g定义，热电子的弛豫动力学对电声耦合强度高度敏感，但g对热电子时空演化的影响尚不清楚。与其他异质界面相比，金属界面增强了对跨界面热传递的控制，从而能够调节金属异质结构内的电子弛豫动力学。它通过改变掩埋层金属的物理性质，使金属异质结成为精确调节有效电声耦合强度geff的最佳平台。金属异质结构允许深入探索g对热电子动力学和输运行为的影响，并且通过精心设计的电声耦合有望显着改善热电子传输行为。
2、泵浦探测光谱通过检测探测光的瞬态反射率(δr/r)，能够在超快的时间尺度上直接监测电子和晶格子系统的温度变化。双温度模型(ttm)有效地模拟了电子和晶格子系统中的温度动力学，并描述了时间分辨δr/r响应的初始上升和快速衰减。将超快泵浦-探针实验与理论建模相结合，阐明了尺寸和泵浦功率相关的热松弛机制，以及高度非平衡条件下金属界面的电子和声子热耦合机制。然而，这些研究主要集中在固定空间内的瞬态响应上，无意中忽略了热电子的空间扩散和时间热弛豫之间的相互作用。近年来，基于泵浦-探针原理的超快成像技术被用于直接观察金属材料和
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，通过制备不同掩埋层膜厚的金属异质结构来调整跨界面的热传递，由非微区瞬态反射光谱测量热电子驰豫动力学，通过将双温度模型模拟拟合到中前几ps内瞬态反射率的实验结果来确定geff，由超快显微镜监测不同有效电声耦合系数对热电子传输的影响，通过在时间和空间上对电声耦合强度影响热电子传输的直接测量对于阐明电声耦合过程和热电子传输之间的相互作用非常重要。这种方法为调控金属异质结构中的热电子运输提供了一种简单、精确的方法，并且对于各类金属具有普适性。
2、本专利技术的目的之二在于提供一种金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法在优化基于热载流子的光电器件性能中的应用。
3、为了实现本专利技术的上述目的，采用以下技术方案：
4、一种金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，其特征在于：包括以下步骤：
5、1)制备多个厚度的金属异质薄膜，基底为石英基底；
6、2)在相同的激发波长和激发通量下利用非微区瞬态反射光谱对上述金属异质薄膜样品进行测量，得到对应于所有膜厚的宽谱瞬态反射动力学数据；提取峰值信号波长处的实验结果动力学；
7、3)通过将电声耦合系数g作为变量的双温方程模拟得到瞬态反射动力学；将步骤2)采集到的实验结果动力学与模拟出的瞬态反射动力学进行拟合，即通过迭代g的值，使模拟的瞬态反射动力学和实验结果动力学之间的方差最小，得到金属异质结构中的有效电声耦合系数geff值；通过量化界面热导、表层金属膜厚和本征电声耦合热导的值，确定其对有效电声耦合系数geff的影响；
8、4)将超快显微镜中的泵浦光束固定在一个位置，利用探测光束扫描金属异质结构样品以获取不同时间延迟的热电子空间分布图像，通过二维高斯函数拟合分布图像，确定该金属异质结构样品中的热电子时空分布演化曲线；
9、5)将步骤4)得到的热电子时空分布演化曲线采用双组分扩散模型进行拟合，得到双组份扩散模型拟合结果，该结果能够定量描述金属异质结构中的热电子扩散行为；
10、6)将不同底层厚度的金属异质结构样品的双组份扩散模型拟合结果与有效电声耦合系数geff进行对比，以定量得到电声耦合作用对热电子扩散的影响。
11、优选的，所述多个厚度的金属异质结构为40/20nm、40/5nm和40/0nm的金/铬异质薄膜。
12、优选的，所述步骤2)中的激发波长为800nm、激发通量为7mj/cm2，所述峰值信号波长为485nm。
13、优选的，所述步骤3)中双温方程模拟瞬态反射动力学是指通过方程和计算电子温度和晶格温度动力学曲线，其中ce和cl分别代表电子和晶格的热容。电子和声子的热导率用ke和kl表示，而s表示解释电子分布延迟弛豫的激光源项。再将g作为变量的电子温度和晶格温度动力学曲线带入瞬态反射率与电子和晶格温度之间的关系式δr/r＝1/r(aδte+bδtl)，模拟出瞬态反射动力学；
14、优选的，所述步骤3)中通过量化界面热导、金属膜厚对有效电声耦合系数的影响是通过公式geff＝gau+gau-cr/dau描述的，其中gau是指金的本征电声耦合系数，gau-cr是指金属界面热传导，dau是指金膜厚度。
15、优选的，所述步骤4)中的泵浦光波长为700nm、泵浦通量为7mj/cm2，所述探测光波长为485nm、泵浦通量为20μj/cm2。
16、优选的，所述步骤4)中二维高斯函数是n(x,y,t)为作为延迟时间t和位置(x，y)的函数的空间分布图像；xt,yt表示在特定延迟时间t的高斯分布的空间位置，n为拟合系数，和分别描述了在x和y方向上高斯曲线的方差。
17、优选的，所述步骤5)中双组分扩散模型是σe＝gaussian[ue(t)]|t＝0,σeq＝gaussian[ueq(t)]|t＝0和σsum(t)＝gaussian[ue(t)+ueq(t)]其中ue和ueq分别代表热电子和电子晶格平衡状态的扩散组分。参数τcooling表示热电子冷却的时间常数。de和deq分别对应于热电子和电子晶格平衡状态的扩散速率，并被视为常数。“gaussian”是指分析中使用的高斯拟合函数。
18、金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法在优化基于热载流子的光电器件性能中的应用。
19、优选的，所述基于热载流子的光电器件包括光催化、光电探测器等。
20、有益效果：
21、本专利技术通过瞬态反射光谱和超快显微镜，对金属异质结中热电子扩散和有效电声耦合系数的相关性进行解析。通过调控掩埋层金属的物理性质来控制有效电声耦合系数，可以很容易地调节热电子传输，为合理设计金属异质结构中的电声耦合强度以改善热电子传输以及优化基于热载流子的光电器件性能提供了新的见解。
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1.一种金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，其特征在于：所述的多个厚度的金属异质结构为40/20nm、40/5nm和40/0nm的金/铬异质薄膜。
3.根据权利要求1金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，其特征在于：所述步骤2)中的激发波长为800nm、激发通量为7mJ/cm2，所述峰值信号波长为485nm。
4.根据权利要求1金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，其特征在于：所述步骤4)中的泵浦光波长为700nm、泵浦通量为7mJ/cm2，所述探测光波长为485nm、通量为20μJ/cm2。
5.根据权利要求1金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，其特征在于：所述步骤3)中双温方程模拟瞬态反射动力学是指通过方程和计算电子温度和晶格温度动力学曲线，其中Ce和Cl分别代表电子和晶格的热容；电子和声子的热导率用ke和kl表示，而S表示解释电子分布延迟弛豫的激光源项；再将G作为变量的电
6.根据权利要求1金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，其特征在于：所述步骤3)中通过量化界面热导、金属膜厚对有效电声耦合系数的影响是通过公式Geff＝GAu+gAu-Cr/dAu描述的，其中GAu是指金的本征电声耦合系数，gAu-Cr是指金属界面热传导，dAu是指金膜厚度。
7.根据权利要求1金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，其特征在于：所述步骤4)中二维高斯函数是n(x,y,t)为作为延迟时间t和位置(x，y)的函数的空间分布图像；xt,yt表示在特定延迟时间t的高斯分布的空间位置，N为拟合系数，和分别描述了在x和y方向上高斯曲线的方差。
8.根据权利要求1金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，其特征在于：所述步骤5)中双组分扩散模型是σe＝Gaussian[ue(t)]|t＝0，σeq＝Gaussian[ueq(t)]|t＝0和σsum(t)＝Gaussian[ue(t)+ueq(t)]其中ue和ueq分别代表热电子的分量和电子晶格平衡状态；参数τcooling表示热电子冷却的时间常数；De和Deq分别对应于热电子和电子晶格平衡状态的扩散速率，并被视为常数；“Gaussian”是指分析中使用的高斯拟合函数。
...【技术特征摘要】
1.一种金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，其特征在于：所述的多个厚度的金属异质结构为40/20nm、40/5nm和40/0nm的金/铬异质薄膜。
3.根据权利要求1金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，其特征在于：所述步骤2)中的激发波长为800nm、激发通量为7mj/cm2，所述峰值信号波长为485nm。
4.根据权利要求1金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，其特征在于：所述步骤4)中的泵浦光波长为700nm、泵浦通量为7mj/cm2，所述探测光波长为485nm、通量为20μj/cm2。
5.根据权利要求1金属异质结构中通过可控电声耦合调控热电子传输的方法，其特征在于：所述步骤3)中双温方程模拟瞬态反射动力学是指通过方程和计算电子温度和晶格温度动力学曲线，其中ce和cl分别代表电子和晶格的热容；电子和声子的热导率用ke和kl表示，而s表示解释电子分布延迟弛豫的激光源项；再将g作为变量的电子温度和晶格温度动力学曲线带入瞬态反射率与电子和晶格温度之间的关系式δr/r＝1/r(aδte+bδtl)，模拟出瞬态反射动...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜澜，朱彤，王英杰，李可铭，高国权，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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