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研究揭示了波状等离子体激元如何为光化学技术提供动力

时间:2020-05-15 16:16:05 来源:

波状的,称为“等离子体激元”的电子的集体振动对于确定金属的光学和电子性质非常重要。

在原子薄的2D材料中,等离子激元所具有的能量比在散装金属中发现的等离激元对包括传感器和通信设备在内的应用更为有用。但是,确定等离子激元寿命的长短以及它们的能量和其他特性是否可以在纳米级(十亿分之一米)得到控制,仍然是很多问题。

现在,据《自然通讯》杂志报道,由能源部劳伦斯·伯克利国家实验室(伯克利实验室)牵头的一组研究人员-在能源部能源兴奋态现象计算研究中心的支持下材料(C2SEPEM)-在称为“准2D晶体”的新型导电过渡金属二卤化硅(TMD)中观察到了长寿命等离子体。

为了了解等离激元如何在准2D晶体中工作,研究人员对TMD二硫化钽单层中非导电电子以及导电电子的特性进行了表征。先前的研究仅研究传导电子。领导这项研究的C2SEPEM主任史蒂文·路易(Steven Louie)说:“我们发现仔细考虑两种电子之间的所有相互作用非常重要。”Louie还曾担任伯克利实验室材料科学部的高级教职科学家和加州大学伯克利分校的物理学教授。

研究人员开发了复杂的新算法来计算材料的电子特性,包括长波长的等离激元振荡,“这是以前计算方法的瓶颈,”伯克利实验室材料科学系的博士后研究员费利佩·达·乔纳达说。在研究时。Jornada目前是斯坦福大学材料科学与工程系的助理教授。

令研究人员惊讶的是,伯克利实验室国家能源研究科学计算中心(NERSC)的Cori超级计算机执行的计算结果表明,准2D TMD中的等离激元要稳定得多-长达约2皮秒或2皮秒。万亿分之一秒-比以前想象的要大。

他们的发现还表明,准2D TMD产生的等离激元可以将光强度提高1000万倍以上,为可再生化学(由光触发的化学反应)或受光控制的电子材料工程打开了大门。

在未来的研究中,研究人员计划研究如何利用这种等离激元在衰变后释放的高能电子,以及是否可用于催化化学反应。