近日，我所分子反應動力學國家重點實驗室、大連光源科學研究室（二十五室）袁開軍研究員團隊與北京航空航天大學郭洪波教授、李介博副教授等合作，發現了MXenes中電子能量弛豫新通道，揭示了MXenes電子—聲子相互作用新機制。該成果對設計等離激元新材料，實現材料高效光電、光熱轉化等提供了新思路。
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。研究電子和聲子之間相互作用機制對理解等離激元的能量弛豫至關重要。文獻報道了兩種典型的電子能量弛豫過程。在貴金屬納米材料中，等離激元弛豫產生非熱電子，隨后非熱電子通過電子—電子散射使電子熱化，熱化電子通過與聲子作用將能量傳遞到聲子，該過程發生在幾皮秒（10-12s）時間尺度。在石墨烯材料中，等離激元在幾十飛秒時間尺度內直接將能量轉移給聲子。
本工作中，合作團隊采用飛秒瞬態吸收譜捕獲了MXene材料等離激元的能量弛豫過程。本研究通過監測電子和聲子的動力學弛豫，發現了不同的能量傳輸通道，即等離激元弛豫產生非熱電子，隨后非熱電子在百飛秒時間尺度直接將能量傳遞給聲子，而不經過電子—電子散射過程。此外，團隊還通過實驗觀測到MXene兩種聲子振動模式被有效激發，其布居與激發光波長相關。
相關成果以“Simultaneous capturing phonon and electron dynamics in MXenes”為題，于近日發表在《自然—通訊》（Nature Communications）上。該工作的第一作者是我所博士后張琦。該工作得到國家自然科學基金委、遼寧省興遼英才計劃等項目的資助。（文/圖 張琦）
