超快电子显微镜导致令人兴奋的发现

人都去过大峡谷可以与有强烈的感情接近大自然的边缘。同样,科学家在美国能源部(DOE)阿贡国家实验室发现,黄金纳米粒子行为异常时接近边缘的一张单原子厚度的碳,石墨烯。这可能对新型传感器的发展产生重大影响和量子设备。

这一发现可能是一个新成立的超快电子显微镜(UEM)阿贡的纳米材料中心(CNM),美国能源部科学办公室的用户设备。UEM使现象在纳米尺度上的可视化和调查,在不到1000000000000秒的时间框架。这一发现可能引起轰动等离子领域增长,其中包括光照射到材料表面,引发了一波又一波的电子,称为电浆领域。

多年来,科学家们一直在寻求发展与广泛应用的电浆设备——从量子信息处理到光电传感器(结合光学和电子组件)生物和医学的目的。为此,他们夫妇二维原子水平厚度的材料,如石墨烯、纳米尺度的金属颗粒。理解这两个的组合电磁场作用下不同类型的材料需要了解自己是如何地耦合。

从阿贡在最近的一项研究中,研究人员使用超快电子显微镜直接观察金纳米颗粒和石墨烯之间的耦合。

“表面等离子体光致电子振荡表面上的纳米颗粒或纳米颗粒的界面和另一种物质,”阿贡纳米科学家海华Liu表示。“当我们一束光照耀在纳米颗粒,它创造了一个短暂的电浆。的脉冲电子UEM与这个短暂的领域两个重叠时,电子获得或失去能量。然后,我们收集这些电子获得能量使用一个能量过滤纳米颗粒周围的电浆领域分布地图。”

在研究金纳米粒子,刘和他的同事们发现一个不同寻常的现象。当石墨烯的纳米颗粒坐在一个平板,电浆领域是对称的。但当纳米定位接近石墨烯边缘,边缘附近的电浆领域集中更强烈。

“这是一个引人注目的新方式思考我们如何操作的形式收取电浆领域和其他现象用光线在纳米尺度上,”刘说。“拥有超快的能力,没有告诉我们可能认为我们调整不同的材料和他们的属性。”

整个实验过程,刺激的纳米颗粒检测的电浆领域,发生在不到几百此秒。

“CNM的独特之处在于住房UEM开放的用户访问,能够测量纳米空间分辨率和sub-picosecond时间分辨率,“CNM主任Ilke Arslan说。“有这样的能力来测量在这么短的时间内窗口打开检查大量的新现象在非平衡状态,我们没有能力调查。我们兴奋地提供这种能力国际用户社区。”

了解了关于这个nanoparticle-graphene系统的耦合机制应该令人兴奋的新电浆设备的未来发展的关键。

参考
刘H,计TE,辛格P, et al .可视化的电浆联轴器使用超快电子显微镜。纳米列托人。2021;21 (13):5842 - 5849。doi:10.1021 / acs.nanolett.1c01824

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