大連化物所揭示MXenes電子—聲子相互作用新機(jī)制

近日，大連化物所分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、大連光源科學(xué)研究室（二十五室）袁開(kāi)軍研究員團(tuán)隊(duì)與北京航空航天大學(xué)郭洪波教授、李介博副教授等合作，發(fā)現(xiàn)了MXenes中電子能量弛豫新通道，揭示了MXenes電子—聲子相互作用新機(jī)制。該成果對(duì)設(shè)計(jì)等離激元新材料，實(shí)現(xiàn)材料高效光電、光熱轉(zhuǎn)化等提供了新思路。

等離激元是金屬表面電子的集體振蕩，在金屬納米材料中比較常見(jiàn)。研究電子和聲子之間相互作用機(jī)制對(duì)理解等離激元的能量弛豫至關(guān)重要。文獻(xiàn)報(bào)道了兩種典型的電子能量弛豫過(guò)程。在貴金屬納米材料中，等離激元弛豫產(chǎn)生非熱電子，隨后非熱電子通過(guò)電子—電子散射使電子熱化，熱化電子通過(guò)與聲子作用將能量傳遞到聲子，該過(guò)程發(fā)生在幾皮秒（10-12s）時(shí)間尺度。在石墨烯材料中，等離激元在幾十飛秒時(shí)間尺度內(nèi)直接將能量轉(zhuǎn)移給聲子。

本工作中，合作團(tuán)隊(duì)采用飛秒瞬態(tài)吸收譜捕獲了MXene材料等離激元的能量弛豫過(guò)程。本研究通過(guò)監(jiān)測(cè)電子和聲子的動(dòng)力學(xué)弛豫，發(fā)現(xiàn)了不同的能量傳輸通道，即等離激元弛豫產(chǎn)生非熱電子，隨后非熱電子在百飛秒時(shí)間尺度直接將能量傳遞給聲子，而不經(jīng)過(guò)電子—電子散射過(guò)程。此外，團(tuán)隊(duì)還通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到MXene兩種聲子振動(dòng)模式被有效激發(fā)，其布居與激發(fā)光波長(zhǎng)相關(guān)。

相關(guān)成果以“Simultaneous capturing phonon and electron dynamics in MXenes”為題，于近日發(fā)表在《自然—通訊》（Nature Communications）上。該工作的第一作者是大連化物所博士后張琦。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、遼寧省興遼英才計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。（文/圖 張琦）

文章鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41467-022-35605-7

審核編輯 ：李倩