阿贡国家实验室研究团队用超快电子显微镜发现等离子体耦合机制

阿贡国家实验室的研究人员使用超快电子显微镜研究了一种纳米级的现象，这种现象发生在不到几百千万亿分之一秒的时间里。这项研究的见解可能有助于开发新的传感器和量子设备。超快电子显微镜为传感器和量子器件的发展开辟了新的途径。

美国能源部(DOE)阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的科学家们发现，当接近一层单原子厚的碳薄膜(石墨烯)边缘时，金纳米颗粒的行为异常。这可能对新型传感器和量子设备的发展产生重大影响。

这一发现是在美国能源部科学用户设施办公室——阿贡纳米材料中心(CNM)新近建立的超快电子显微镜(UEM)的帮助下得以实现的。UEM能够在纳米尺度和不到一万亿分之一秒的时间框架内可视化和研究现象。这一发现可能会在不断发展的等离子体领域引起轰动。等离子体涉及光撞击材料表面并触发电子波，即所谓的等离子体场。

多年来，科学家们一直致力于开发具有广泛应用的等离子体设备——从量子信息处理到光电子(结合了基于光和电子的组件)，再到用于生物和医学目的的传感器。为此，他们将原子级厚度的二维材料(如石墨烯)与纳米尺寸的金属颗粒结合在一起。要想了解这两种不同材料的复合等离子体行为，就需要确切地了解它们是如何耦合的。

在阿贡最近的一项研究中，研究人员使用超快电子显微镜直接观察金纳米颗粒和石墨烯之间的耦合。

在研究金纳米颗粒时，研究团队发现了一个不寻常的现象。当纳米粒子位于石墨烯薄片上时，等离子体场是对称的。但当纳米粒子靠近石墨烯边缘时，等离子体场在边缘区域集中得更强。

整个实验过程，从刺激纳米粒子到探测等离子体场，都在不到几百千万亿分之一秒的时间内完成。

对于这种纳米颗粒-石墨烯系统耦合机制的理解，将是未来发展令人兴奋的新型等离子体器件的关键。

基于这项研究的一篇论文《用超快电子显微镜观察等离子体耦合》发表在6月21日版的《纳米快报》上。

这项研究是由美国能源部基础能源科学办公室资助的。

纳米材料中心是美国能源部五个纳米级科学研究中心之一，是美国能源部科学办公室支持的纳米级跨学科研究的首要国家用户设施。NSRC 包括一套互补设施，为研究人员提供制造、加工、表征和模拟纳米级材料的最先进能力，并构成国家纳米技术计划最大的基础设施投资。NSRC 位于美国能源部的阿贡、布鲁克海文、劳伦斯伯克利、橡树岭、桑迪亚和洛斯阿拉莫斯国家实验室。有关 DOE NSRC 的更多信息，请访问https://science.osti.gov/User-Facilities/User-Facilities-at-a-Glance。获取更多前沿科技 研究进展 访问：https://byteclicks.com