Under de senaste åren har det funnits ett växande intresse för studier av heta elektroner i metalliska nanostrukturer. Heta elektroner är elektroner som har exciterats till energier långt över Fermi-nivån, och de kan spela en viktig roll i en mängd olika fysiska processer, såsom plasmonik, fotokatalys och termoelektricitet.

En av nyckelfrågorna om heta elektroner är om de kan betraktas som en icke-termisk population av bärare. I en termisk jämvikt följer fördelningen av elektronenergier en Fermi-Dirac-fördelning, och den genomsnittliga elektronenergin ges av Fermi-energin. Men när heta elektroner genereras kan deras energifördelning avvika avsevärt från Fermi-Dirac-fördelningen, och de kan ha en medelenergi som är mycket högre än Fermi-energin.

Det finns två huvudmekanismer som kan leda till generering av heta elektroner i metalliska nanostrukturer:

* Optisk excitation: När en metallnanostruktur belyses med ljus kan fotonerna absorberas av elektronerna i metallen, och detta kan excitera dem till högre energinivåer.

* Elektrisk insprutning: Heta elektroner kan också genereras genom att anbringa en spänning på en metallnanostruktur. Detta kan få elektroner att tunnla från en elektrod till den andra, och detta kan ge dem tillräckligt med energi för att bli heta elektroner.

När heta elektroner väl har genererats kan de interagera med metallnanostrukturens gitter, och detta kan leda till överföring av energi från de heta elektronerna till gittret. Denna process är känd som elektron-fonon-koppling, och den kan leda till uppvärmning av metallnanostrukturen.

Uppvärmningen av metallnanostrukturer med heta elektroner kan få en rad viktiga konsekvenser. Det kan till exempel leda till förändringar i metallnanostrukturens optiska egenskaper, och det kan också påverka metallnanostrukturens elektriska ledningsförmåga och värmeledningsförmåga.

Studiet av heta elektroner i metalliska nanostrukturer är ett komplext och utmanande område, men det är också ett mycket viktigt område, eftersom heta elektroner kan spela en viktig roll i en mängd olika fysikaliska processer. Genom att förstå heta elektroners beteende kan vi designa nanostrukturer av metall som har de önskade egenskaperna för en mängd olika tillämpningar.