金属纳米薄膜中的横向量子限制：光学光谱

我们报道了 Au、Fe、Co 和 Ni 多晶纳米薄膜在 UV-Vis-NIR 范围内的光吸收和光致发光光谱，其特征是存在由横向量子限制导致的离散能带。薄膜厚度视材料而定，范围从 1.1 到 15.6 nm。薄膜通过溅射和热蒸发沉积在熔融石英基板上，其中 Fe、Co 和 Ni 由沉积在顶部的 SiO2 薄膜保护。结果在势阱中粒子模型下进行了解释，其中势阱宽度等于纳米薄膜的质量厚度。横向量子化能级和跃迁能量与薄膜厚度的平方成反比。计算得到的有效电子质量值分别为 0.93 (Au)、0.027 (Fe)、0.21 (Co) 和 0.16 (Ni)，单位为自由电子质量，且与薄膜厚度无关。有效质量值的不确定度约为 2.5%，由薄膜厚度校准决定。第二个计算出的模型参数，即 HOMO 的量子数 n，在 Au (5) 和 Fe (6) 中与厚度无关，而在 Co（从 7 到 9）和 Ni（从 7 到 11）中随薄膜厚度增加而增大。在吸光度中观察到的跃迁均起始于能级 n，并对应于 $\Delta n = +1, +2, +3$ 等。光致发光能带表现出大的 Stokes 位移，并随激发能的增加而向更高能量移动。光致发光量子产率随激发能线性增长，显示了多重激子产生的证据。一个 Fe-SnO2 纳米薄膜光伏电池原型在 77K 下展示了至少 90% 的光电子量子产率。