來自MPSD和美國勞倫斯伯克利國家實驗室(LBNL)的研究人員發(fā)現(xiàn)了原子薄材料中一種重要的新型基本量子電子振蕩或等離激元。他們的工作現(xiàn)已發(fā)表在《自然通訊》上。它對新型成像技術(shù)和納米級的光化學(xué)反應(yīng)具有潛在的影響。

大約七十年前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)材料中的電子可以維持波狀傳播的振蕩，即等離子體激元。如今，等離子體技術(shù)領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，它研究了這些電子振蕩，其應(yīng)用包括創(chuàng)建更快的計算機芯片，太陽能電池，生物傳感器，甚至進行癌癥治療。

等離子體受到其主體材料的幾何形狀的強烈影響，這使其對于不同的應(yīng)用非常可調(diào)。然而，尚不清楚等離子激元在極端情況下的行為：當(dāng)材料只有幾個原子厚時。

由位于加州大學(xué)伯克利分校的LBNL的Felipe da Jornada和Steven Louie以及來自MPSD的Lede Xian和ÁngelRubio組成的國際研究小組希望成立，該基金會位于自由電子激光科學(xué)中心(CFEL)。揭示了這些新穎的原子薄材料中的等離激元的性質(zhì)。

他們使用無參數(shù)的量子計算發(fā)現(xiàn)，等離激元在所有原子薄材料中的行為都不同尋常。這最初令作者感到驚訝：“教科書物理學(xué)說，散裝材料中的等離激元以一種方式起作用，嚴格地二維材料中則以另一種方式起作用。但是與這些簡化模型不同，所有真實的原子薄材料中的等離激元均會起作用。但現(xiàn)在卻有所不同，而且在空間上的定位往往會更加本地化。”現(xiàn)位于斯坦福大學(xué)的費利佩·喬納達(Felipe Jornada)說。

史蒂文·路易(Steven Louie)認為，產(chǎn)生這種差異的原因是“在真正的原子薄材料中，所有其他不傳導(dǎo)和振蕩的電子都可以屏蔽這些等離激元，從而導(dǎo)致這些激發(fā)的色散關(guān)系根本不同。”

他們研究的其他主要發(fā)現(xiàn)是，單層TaS 2等系統(tǒng)中的等離激元可以長時間(?2 ps)保持穩(wěn)定，并且對于某些實驗中常用的波矢幾乎沒有分散。這表明，利用現(xiàn)有的實驗技術(shù)，原子薄材料中的等離激元可以在現(xiàn)實空間中定位，并且可以將光強度顯著提高10 7倍以上。

MPSD理論部主任ÁngelRubio說：“這些發(fā)現(xiàn)與許多應(yīng)用相關(guān)，從促進光催化反應(yīng)到生物傳感和單分子光譜學(xué)。”