大连化物所揭示MXenes电子—声子相互作用新机制

近日，大连化物所分子反应动力学国家重点实验室、大连光源科学研究室（二十五室）袁开军研究员团队与北京航空航天大学郭洪波教授、李介博副教授等合作，发现了MXenes中电子能量弛豫新通道，揭示了MXenes电子—声子相互作用新机制。该成果对设计等离激元新材料，实现材料高效光电、光热转化等提供了新思路。

等离激元是金属表面电子的集体振荡，在金属纳米材料中比较常见。研究电子和声子之间相互作用机制对理解等离激元的能量弛豫至关重要。文献报道了两种典型的电子能量弛豫过程。在贵金属纳米材料中，等离激元弛豫产生非热电子，随后非热电子通过电子—电子散射使电子热化，热化电子通过与声子作用将能量传递到声子，该过程发生在几皮秒（10^-12s）时间尺度。在石墨烯材料中，等离激元在几十飞秒时间尺度内直接将能量转移给声子。

本工作中，合作团队采用飞秒瞬态吸收谱捕获了MXene材料等离激元的能量弛豫过程。本研究通过监测电子和声子的动力学弛豫，发现了不同的能量传输通道，即等离激元弛豫产生非热电子，随后非热电子在百飞秒时间尺度直接将能量传递给声子，而不经过电子—电子散射过程。此外，团队还通过实验观测到MXene两种声子振动模式被有效激发，其布居与激发光波长相关。

相关成果以“Simultaneous capturing phonon and electron dynamics in MXenes”为题，于近日发表在《自然—通讯》（Nature Communications）上。该工作的第一作者是大连化物所博士后张琦。该工作得到国家自然科学基金委、辽宁省兴辽英才计划等项目的资助。