近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究室分子光化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究組研究員袁開(kāi)軍團(tuán)隊(duì)，利用飛秒時(shí)間分辨光譜，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)合結(jié)構(gòu)的二維過(guò)渡金屬碳化物的動(dòng)力學(xué)探測(cè)，發(fā)現(xiàn)其尺寸效應(yīng)在電子-聲子散射過(guò)程中具有重要作用。

二維金屬納米材料的厚度小于載流子的平均自由程時(shí)，尺寸效應(yīng)可能在載流子界面運(yùn)輸和能量傳遞過(guò)程中發(fā)揮重要作用。時(shí)間分辨光譜研究表明，MXene材料的電子-聲子相互作用發(fā)生在100飛秒以內(nèi)，快于石墨烯、過(guò)渡金屬硫化物和鈣鈦礦等二維材料。當(dāng)前，關(guān)于MXene電子-聲子散射的研究?jī)H考慮體相散射，卻忽略了表面散射效應(yīng)。

科研人員設(shè)計(jì)了厚度約1.8nm的金屬/MXene和絕緣體/MXene復(fù)合結(jié)構(gòu)片狀材料，利用飛秒瞬態(tài)吸收光譜測(cè)量了其載流子動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明，與MXene相比，絕緣體/MXene的電子弛豫動(dòng)力學(xué)沒(méi)有發(fā)生改變，而金屬/MXene的電子弛豫明顯變慢。這是由于金屬/MXene的電子可通過(guò)界面直接傳輸?shù)浇饘?，其電?聲子表面散射被削弱。定量分析發(fā)現(xiàn)，1.8nm厚度的MXene片狀材料，約50%~70%的電子-聲子散射過(guò)程發(fā)生在表面，表明MXene超薄材料的表面效應(yīng)在電子-聲子散射中起到重要作用。上述研究對(duì)剖析二維材料相關(guān)的界面載流子和能量傳輸以及實(shí)現(xiàn)高效能量轉(zhuǎn)換具有重要意義。

相關(guān)研究成果以Evidence of Surface-Mediated Carrier-Phonon Scattering in MXene為題，發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)-納米》（ACS Nano）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目和中國(guó)科學(xué)院等的支持。

論文鏈接

大連化物所揭示MXene電子-聲子表面散射效應(yīng)