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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關鍵核心技術，努力搶占科技制高點，為把我國建設成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習近平總書記在致中國科學院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學技術跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設國際一流科研機構。

——中國科學院辦院方針

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超快電子顯微鏡助力超快結構動力學及近場研究

2025-07-25 物理研究所

【字體：大中小】

語音播報

超快電子顯微鏡（UEM）憑借亞納米-亞皮秒的時空分辨能力，成為非平衡態(tài)結構動力學及超快科學的重要研究手段。由于電子探針對結構變化和電場相位高度敏感，UEM在超快激光誘導層狀材料的動態(tài)結構演化和近場研究中具有優(yōu)勢。

飛秒激光激發(fā)二維層狀材料的相干縱向呼吸聲學聲子已被廣泛報道，而相干橫向剪切聲學聲子的激發(fā)因需要破壞面內(nèi)軸向?qū)ΨQ性而較難實現(xiàn)。長期以來，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心研究員李建奇和楊槐馨團隊利用UEM開展層狀材料超快結構動力學研究。

近期，物理所副研究員孫帥帥與李建奇指導博士研究生高文莉，在1T'-MoTe₂中激發(fā)了晶面依賴的聲學呼吸聲子和剪切聲子。研究顯示，剪切聲子隨溫度下降由聲學模式轉變?yōu)楣鈱W模式，且該轉變受堆疊序變化調(diào)控。聲學和光學剪切聲子均涉及沿單斜方向的層間滑移，其差異源于堆疊序相關的層間極化鍵的不同空間排列。這一剪切聲子的激發(fā)為通過光誘導層間滑移實現(xiàn)鐵電極化翻轉提供了潛在路徑。相關成果發(fā)表在ACS Nano上。

進一步，楊槐馨與河南省科學院博士張永朝、鄭州大學教授程少博合作，在2H-MoTe₂中發(fā)現(xiàn)非均勻激光激發(fā)下的二階聲子諧波可驅(qū)動薄膜發(fā)生超快彎曲，揭示了基于超快激光調(diào)控內(nèi)部應變梯度的新機制。相關成果發(fā)表在Chinese Physics Letters上。

光誘導近場顯微技術（PINEM）作為UEM的新興表征手段，能夠?qū)崿F(xiàn)對微納尺度光學近場的高空間分辨成像。在楊槐馨、李建奇與博士鄭丁國的指導下，博士研究生楊冬利用PINEM技術結合有限元仿真，對鐵填充多壁碳納米管（MWCNTs）中等離激元模式的疊加行為進行納米尺度表征，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)鐵核與碳殼層之間存在等離激元干涉現(xiàn)象。偏振依賴的近場成像結果證實了不同等離激元模式疊加導致的對稱性破缺，揭示了PINEM成像對模式間軸向相位差的高度敏感性。研究表明，MWCNTs為等離激元提供了局域場增強環(huán)境，MWCNTs的包裹結構可有效隔離鐵核并防止其氧化。這為低成本磁-光耦合等離激元器件研發(fā)工作提供了新途徑。相關成果發(fā)表在Nano Letters上。

研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國科學院相關項目等的支持。

論文鏈接：1、2、3

（a）UEM示意圖，（b）MoTe₂中堆疊序調(diào)控的激光誘導剪切聲子模式轉換，（c）鐵填充MWCNTs表面等離激元近場分布

超快電子顯微鏡（UEM）憑借亞納米-亞皮秒的時空分辨能力，成為非平衡態(tài)結構動力學及超快科學的重要研究手段。由于電子探針對結構變化和電場相位高度敏感，UEM在超快激光誘導層狀材料的動態(tài)結構演化和近場研究中具有優(yōu)勢。飛秒激光激發(fā)二維層狀材料的相干縱向呼吸聲學聲子已被廣泛報道，而相干橫向剪切聲學聲子的激發(fā)因需要破壞面內(nèi)軸向?qū)ΨQ性而較難實現(xiàn)。長期以來，中國科學院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心研究員李建奇和楊槐馨團隊利用UEM開展層狀材料超快結構動力學研究。近期，物理所副研究員孫帥帥與李建奇指導博士研究生高文莉，在1T'-MoTe2中激發(fā)了晶面依賴的聲學呼吸聲子和剪切聲子。研究顯示，剪切聲子隨溫度下降由聲學模式轉變?yōu)楣鈱W模式，且該轉變受堆疊序變化調(diào)控。聲學和光學剪切聲子均涉及沿單斜方向的層間滑移，其差異源于堆疊序相關的層間極化鍵的不同空間排列。這一剪切聲子的激發(fā)為通過光誘導層間滑移實現(xiàn)鐵電極化翻轉提供了潛在路徑。相關成果發(fā)表在ACS Nano上。進一步，楊槐馨與河南省科學院博士張永朝、鄭州大學教授程少博合作，在2H-MoTe2中發(fā)現(xiàn)非均勻激光激發(fā)下的二階聲子諧波可驅(qū)動薄膜發(fā)生超快彎曲，揭示了基于超快激光調(diào)控內(nèi)部應變梯度的新機制。相關成果發(fā)表在Chinese Physics Letters上。光誘導近場顯微技術（PINEM）作為UEM的新興表征手段，能夠?qū)崿F(xiàn)對微納尺度光學近場的高空間分辨成像。在楊槐馨、李建奇與博士鄭丁國的指導下，博士研究生楊冬利用PINEM技術結合有限元仿真，對鐵填充多壁碳納米管（MWCNTs）中等離激元模式的疊加行為進行納米尺度表征，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)鐵核與碳殼層之間存在等離激元干涉現(xiàn)象。偏振依賴的近場成像結果證實了不同等離激元模式疊加導致的對稱性破缺，揭示了PINEM成像對模式間軸向相位差的高度敏感性。研究表明，MWCNTs為等離激元提供了局域場增強環(huán)境，MWCNTs的包裹結構可有效隔離鐵核并防止其氧化。這為低成本磁-光耦合等離激元器件研發(fā)工作提供了新途徑。相關成果發(fā)表在Nano Letters上。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、中國科學院相關項目等的支持。論文鏈接：1、2、3（a）UEM示意圖，（b）MoTe2中堆疊序調(diào)控的激光誘導剪切聲子模式轉換，（c）鐵填充MWCNTs表面等離激元近場分布

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