據(jù)外媒報(bào)道， 美國(guó)能源部(DOE)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)接近石墨烯的邊緣時(shí)，黃金的納米粒子會(huì)有不同尋常的表現(xiàn)。這可能對(duì)開(kāi)發(fā)新的傳感器和量子設(shè)備有很大影響。

這一發(fā)現(xiàn)是通過(guò)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的納米級(jí)材料中心(CNM)新建立的超快電子顯微鏡(UEM)實(shí)現(xiàn)的，該中心是美國(guó)能源部科學(xué)辦公室的用戶設(shè)施。超快電子顯微鏡能夠?qū){米尺度的現(xiàn)象進(jìn)行可視化和調(diào)查，而且時(shí)間范圍小于一萬(wàn)億分之一秒。這一發(fā)現(xiàn)可能會(huì)在不斷增長(zhǎng)的等離子體領(lǐng)域引起轟動(dòng)，涉及到光照到材料表面并引發(fā)電子波，即所謂的等離子體場(chǎng)。

多年來(lái)，科學(xué)家們一直在追求開(kāi)發(fā)具有廣泛用途的等離子體設(shè)備--從量子信息處理到光電子學(xué)(結(jié)合基于光和電子元件)到用于生物和醫(yī)療的傳感器。為此，他們將具有原子級(jí)厚度的二維材料，如石墨烯，與納米級(jí)的金屬顆粒結(jié)合起來(lái)。要了解這兩種不同類型的材料的組合等離子體行為，就需要準(zhǔn)確了解它們是如何耦合的。

在阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的一項(xiàng)最新研究中，研究人員使用超快電子顯微鏡直接觀察金納米粒子和石墨烯之間的耦合。

阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的納米科學(xué)家劉海華(音譯)說(shuō)：“表面質(zhì)子是納米粒子表面或納米粒子與另一種材料的界面上由光引發(fā)的電子振蕩。當(dāng)我們用光照耀納米粒子時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)短暫的等離子體場(chǎng)。當(dāng)兩者重疊時(shí)，我們的UEM中的脈沖電子與這個(gè)短暫存在的場(chǎng)相互作用，電子要么獲得能量，要么失去能量。然后，我們用一個(gè)能量過(guò)濾器收集那些獲得能量的電子，以繪制納米粒子周圍的等離子體場(chǎng)分布圖。”

在研究金納米粒子時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)不尋常的現(xiàn)象。當(dāng)納米粒子接近一片平整的石墨烯上時(shí)，等離子體場(chǎng)是對(duì)稱的。但是當(dāng)納米粒子被放置在靠近石墨烯邊緣時(shí)，等離子體場(chǎng)在邊緣區(qū)域附近集中得更厲害。

劉海華說(shuō)：“這是一種了不起的新思維方式，即我們?nèi)绾卧诩{米尺度上利用光以等離子體場(chǎng)的形式操縱電荷和其他現(xiàn)象。有了超快的能力，當(dāng)我們調(diào)整不同的材料和它們的屬性時(shí)，不知道我們會(huì)看到什么。”

這整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程，從刺激納米粒子到檢測(cè)等離子體場(chǎng)，發(fā)生在不到幾十萬(wàn)億分之一秒的時(shí)間內(nèi)。

CNM主任Ilke Arslan說(shuō)：“CNM在容納一個(gè)開(kāi)放給用戶使用的UEM方面是獨(dú)一無(wú)二的，它能夠以納米級(jí)的空間分辨率和亞皮秒的時(shí)間分辨率進(jìn)行測(cè)量。有能力在如此短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行這樣的測(cè)量，就可以對(duì)我們以前沒(méi)有能力探測(cè)的非平衡狀態(tài)下的大量新現(xiàn)象進(jìn)行檢查。我們很高興能向國(guó)際用戶群體提供這種能力。”

關(guān)鍵詞： 電子顯微鏡 量子設(shè)備 接近石墨烯 納米粒子