超快电子显微镜助力超快结构动力学及近场研究

超快电子显微镜（UEM）凭借亚纳米-亚皮秒的时空分辨能力，成为非平衡态结构动力学及超快科学的重要研究手段。由于电子探针对结构变化和电场相位高度敏感，UEM在超快激光诱导层状材料的动态结构演化和近场研究中具有优势。

飞秒激光激发二维层状材料的相干纵向呼吸声学声子已被广泛报道，而相干横向剪切声学声子的激发因需要破坏面内轴向对称性而较难实现。长期以来，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究员李建奇和杨槐馨团队利用UEM开展层状材料超快结构动力学研究。

近期，物理所副研究员孙帅帅与李建奇指导博士研究生高文莉，在1T'-MoTe₂中激发了晶面依赖的声学呼吸声子和剪切声子。研究显示，剪切声子随温度下降由声学模式转变为光学模式，且该转变受堆叠序变化调控。声学和光学剪切声子均涉及沿单斜方向的层间滑移，其差异源于堆叠序相关的层间极化键的不同空间排列。这一剪切声子的激发为通过光诱导层间滑移实现铁电极化翻转提供了潜在路径。相关成果发表在ACS Nano上。

进一步，杨槐馨与河南省科学院博士张永朝、郑州大学教授程少博合作，在2H-MoTe₂中发现非均匀激光激发下的二阶声子谐波可驱动薄膜发生超快弯曲，揭示了基于超快激光调控内部应变梯度的新机制。相关成果发表在Chinese Physics Letters上。

光诱导近场显微技术（PINEM）作为UEM的新兴表征手段，能够实现对微纳尺度光学近场的高空间分辨成像。在杨槐馨、李建奇与博士郑丁国的指导下，博士研究生杨冬利用PINEM技术结合有限元仿真，对铁填充多壁碳纳米管（MWCNTs）中等离激元模式的叠加行为进行纳米尺度表征，发现管内铁核与碳壳层之间存在等离激元干涉现象。偏振依赖的近场成像结果证实了不同等离激元模式叠加导致的对称性破缺，揭示了PINEM成像对模式间轴向相位差的高度敏感性。研究表明，MWCNTs为等离激元提供了局域场增强环境，MWCNTs的包裹结构可有效隔离铁核并防止其氧化。这为低成本磁-光耦合等离激元器件研发工作提供了新途径。相关成果发表在Nano Letters上。

研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院相关项目等的支持。

论文链接：

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

（a）UEM示意图，（b）MoTe₂中堆叠序调控的激光诱导剪切声子模式转换，（c）铁填充MWCNTs表面等离激元近场分布