超快電子顯微鏡（UEM）憑借亞納米-亞皮秒的時(shí)空分辨能力，成為非平衡態(tài)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)及超快科學(xué)的重要研究手段。由于電子探針對(duì)結(jié)構(gòu)變化和電場(chǎng)相位高度敏感，UEM在超快激光誘導(dǎo)層狀材料的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)演化和近場(chǎng)研究中具有優(yōu)勢(shì)。

飛秒激光激發(fā)二維層狀材料的相干縱向呼吸聲學(xué)聲子已被廣泛報(bào)道，而相干橫向剪切聲學(xué)聲子的激發(fā)因需要破壞面內(nèi)軸向?qū)ΨQ性而較難實(shí)現(xiàn)。長(zhǎng)期以來，中國(guó)科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國(guó)家研究中心研究員李建奇和楊槐馨團(tuán)隊(duì)利用UEM開展層狀材料超快結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究。

近期，物理所副研究員孫帥帥與李建奇指導(dǎo)博士研究生高文莉，在1T'-MoTe2中激發(fā)了晶面依賴的聲學(xué)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(xué)模式轉(zhuǎn)變?yōu)?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=光學(xué)',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_2">光學(xué)模式，且該轉(zhuǎn)變受堆疊序變化調(diào)控。聲學(xué)和光學(xué)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(guān)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(dǎo)層間滑移實(shí)現(xiàn)鐵電極化翻轉(zhuǎn)提供了潛在路徑。相關(guān)成果發(fā)表在ACS Nano上。

進(jìn)一步，楊槐馨與河南省科學(xué)院博士張永朝、鄭州大學(xué)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(dòng)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(yīng)變梯度的新機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表在Chinese Physics Letters上。

光誘導(dǎo)近場(chǎng)顯微技術(shù)（PINEM）作為UEM的新興表征手段，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)微納尺度光學(xué)近場(chǎng)的高空間分辨成像。在楊槐馨、李建奇與博士鄭丁國(guó)的指導(dǎo)下，博士研究生楊冬利用PINEM技術(shù)結(jié)合有限元仿真，對(duì)鐵填充多壁碳納米管（MWCNTs）中等離激元模式的疊加行為進(jìn)行納米尺度表征，發(fā)現(xiàn)管內(nèi)鐵核與碳?xì)�層之間存在等離激元干涉現(xiàn)象。偏振依賴的近場(chǎng)成像結(jié)果證實(shí)了不同等離激元模式疊加導(dǎo)致的對(duì)稱性破缺，揭示了PINEM成像對(duì)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(chǎng)增強(qiáng)環(huán)境，MWCNTs的包裹結(jié)構(gòu)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(guān)成果發(fā)表在Nano Letters上。

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

研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目等的支持。

相關(guān)鏈接：https://doi.org/10.1021/acsnano.4c17877；https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c01587；https://doi.org/10.1088/0256-307X/42/4/047201