信电学院林晓博士关于高速带电粒子轰击二维材料时的瞬态电磁响应研究论文“Splashing transient of 2D plasmons by swift electrons”刊登在2017年1月27日出版的科学杂志子刊Science Advances上。该项工作由浙江大学陈红胜教授课题组与新加坡南洋理工大学张柏乐教授课题组、美国麻省理工学院Soljacic教授课题组等合作共同完成。
该工作源于好奇，是对自然现象在电磁辐射领域的重要推广。在流体力学中经常可见小雨滴滴落在二维水面时产生的splashing（水花飞溅）情景，那么一个高速电子穿过超薄二维材料或者二维电子气系统，又会是怎样的瞬态电磁响应？自从利用高速电子探测到金属薄膜支持的表面等离子体激元，高速电子一直是研究表面等离子体激元的有效工具，如随之而发展的电子能量损失谱。虽然表面等离子体激元有超过半个世纪的研究历史，但高速电子激发表面等离子体激元的瞬态过程却一直没被清楚的揭示。这是因为电子撞击界面，不仅会产生表面等离子体激元，也会产生光子（所谓的“渡越辐射”）；光子的形成不是在某个时空点，而是需要有限的时空范围；尽管对光子形成所需时空的讨论已经持续多年，但对表面等离子体激元如何在时空中产生的类似讨论却还没有。
该研究工作，以石墨烯为研究平台，在经典电磁框架下，揭示了高速电子轰击单层石墨烯时产生二维表面等离子体激元的瞬态过程跟深水波splashing现象类似；石墨烯层上会形成一个皮秒级诱导电子浓度峰，这和splashing现象中标志性的Rayleigh jet类似。基于此新被揭示的瞬态电磁响应，该工作还发现，在二维表面等离子体激元完全形成前已有很大一部分电磁能量被损耗掉；该结果将对表面等离子体激元能谱的计算至关重要。
相关链接：http://advances.sciencemag.org/content/3/1/e1601192
(信电学院)
