阿秒科學(xué)能夠探測阿秒時(shí)間尺度上的電子動(dòng)力學(xué)，為光與物質(zhì)相互作用提供了前所未有的洞察力。在這些探測中，光電子發(fā)射光譜學(xué)已成為一種強(qiáng)大的技術(shù)，可以揭示材料的電子結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)。近年來，阿秒光電子發(fā)射與等離子體激元學(xué)的結(jié)合，為研究金屬納米結(jié)構(gòu)中光和自由電子的集體振蕩，開辟了新的途徑。這種方法提供了增強(qiáng)局域光場和控制光-物質(zhì)相互作用的能力，為新穎的物理現(xiàn)象和潛在的技術(shù)應(yīng)用鋪平了道路。

在此背景下，C60 富勒烯，一種由碳原子組成的籠狀分子，因其獨(dú)特的電子和光學(xué)特性而引起了廣泛關(guān)注。C60 富勒烯與等離子體激元納米結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的相互作用，為研究等離子體激元激發(fā)和隨后的光電子發(fā)射過程提供了理想的平臺(tái)。特別值得注意的是，在等離子體激元激發(fā)的 C60 富勒烯的光電子發(fā)射中觀察到了一種有趣的現(xiàn)象：相關(guān)驅(qū)動(dòng)的阿秒光電子發(fā)射延遲。最近發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》的一篇論文探討了這一復(fù)雜現(xiàn)象

背景：阿秒科學(xué)、等離子體激元學(xué)和 C60 富勒烯

阿秒科學(xué)通過提供在阿秒時(shí)間尺度上研究物理過程的工具，徹底改變了科學(xué)探究領(lǐng)域。這個(gè)時(shí)間尺度與原子和分子系統(tǒng)中的電子動(dòng)力學(xué)相關(guān)，從而可以使用阿秒脈沖光直接觀察和控制這些基本過程。特別是阿秒光電子發(fā)射光譜學(xué)，已成為一種強(qiáng)大的技術(shù)，用于探測當(dāng)被阿秒光脈沖激發(fā)時(shí)，材料中電子發(fā)射的時(shí)間分辨動(dòng)力學(xué)。光電子發(fā)射延遲，一個(gè)可以通過該技術(shù)訪問的關(guān)鍵量，反映了激發(fā)和電子發(fā)射之間的時(shí)間差，提供了關(guān)于材料內(nèi)部電子關(guān)聯(lián)和傳輸過程的寶貴信息。

另一方面，等離子體激元學(xué)研究的是金屬-介質(zhì)界面上光和自由電子的集體振蕩，即等離子體激元。當(dāng)光與金屬納米結(jié)構(gòu)相互作用時(shí)，它可以激發(fā)等離子體激元，從而導(dǎo)致納米結(jié)構(gòu)附近光場的局域化和增強(qiáng)。這種場增強(qiáng)為增強(qiáng)光-物質(zhì)相互作用和控制光誘導(dǎo)過程開辟了新的途徑。等離子體激元學(xué)已在光學(xué)、材料科學(xué)和光譜學(xué)等廣泛領(lǐng)域中找到了應(yīng)用。

C60 富勒烯是由碳原子組成的球形分子，其獨(dú)特的籠狀結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的電子特性使其成為等離子體激元學(xué)和阿秒科學(xué)中一種有趣的材料。C60 富勒烯在可見光和紫外光區(qū)域具有強(qiáng)烈的等離子體激元共振，從而可以與等離子體激元納米結(jié)構(gòu)發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用。此外，C60 富勒烯的電子特性，例如其高電子親和力和多電子關(guān)聯(lián)的存在，使其成為阿秒光電子發(fā)射研究的引人入勝的系統(tǒng)。

相關(guān)驅(qū)動(dòng)的阿秒光電子發(fā)射延遲

在等離子體激元激發(fā)的 C60 富勒烯的光電子發(fā)射中，一個(gè)重要的發(fā)現(xiàn)是相關(guān)驅(qū)動(dòng)的阿秒光電子發(fā)射延遲的存在。最近的實(shí)驗(yàn)研究表明，利用阿秒光脈沖和復(fù)雜的檢測技術(shù)，研究人員測量了高達(dá)300阿秒的延遲。傳統(tǒng)的基于單電子圖像的光電子發(fā)射理論無法完全解釋通過等離子體激元激發(fā)引起的額外延遲。實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算表明，在等離子體激元激發(fā)的 C60 富勒烯的光電子發(fā)射中觀察到的延遲可以歸因于等離子體激元場引起的電子-電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)。

電子關(guān)聯(lián)，源于電子之間彼此的相互作用，在多電子系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。在 C60 富勒烯中，價(jià)電子之間存在強(qiáng)烈的關(guān)聯(lián)，這種關(guān)聯(lián)通過等離子體激元激發(fā)變得更加明顯。當(dāng) C60 富勒烯被等離子體激元場激發(fā)時(shí)，電子與等離子體激元場的相互作用導(dǎo)致電子密度重新分布和電子關(guān)聯(lián)增強(qiáng)。這些增強(qiáng)的電子關(guān)聯(lián)影響了光電子發(fā)射過程，導(dǎo)致額外的阿秒延遲。

影響與應(yīng)用

理解C60富勒烯等離子體激元中的相關(guān)驅(qū)動(dòng)阿秒光電子發(fā)射延遲對(duì)多個(gè)科學(xué)和技術(shù)領(lǐng)域具有重要意義。在光子學(xué)中，這些知識(shí)可以開發(fā)利用超快電子動(dòng)力學(xué)進(jìn)行高效光-物質(zhì)相互作用的先進(jìn)材料和器件。在量子信息處理領(lǐng)域，對(duì)電子相關(guān)性和等離子體效應(yīng)的理解可以為設(shè)計(jì)利用阿秒現(xiàn)象進(jìn)行信息存儲(chǔ)和操控的量子系統(tǒng)提供參考。

此外，研究C60富勒烯等納米尺度系統(tǒng)中的光電子發(fā)射延遲為開發(fā)納米尺度傳感器和探測器提供了寶貴的信息。這些設(shè)備可以利用電子相關(guān)性對(duì)外部刺激的敏感性，實(shí)現(xiàn)高分辨率的光和其他物理參數(shù)的檢測。