Instantané d'un calcul montrant un paquet d'ondes plasmon se déplaçant lentement excité sur la monocouche TaS2. Le paquet d'ondes plasmon est hautement localisé dans l'espace réel même à ~1 ps après sa création avec une impulsion laser ultrarapide couplée à une pointe de microscopie à force atomique. Crédit :Felipe da Jornada
Des chercheurs du MPSD et du Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL) aux États-Unis ont découvert un nouveau type fondamental d'oscillation électronique quantique, ou plasmon, dans des matériaux atomiquement minces. Leurs travaux sont maintenant publiés dans Communication Nature . Il a des implications potentielles pour de nouvelles techniques d'imagerie et des réactions photochimiques à l'échelle nanométrique.
Il y a près de soixante-dix ans, les scientifiques ont montré que les électrons dans les matériaux pouvaient soutenir des oscillations se propageant comme des ondes, connu sous le nom de plasmons. De nos jours, il existe un champ vibrant de plasmonique qui étudie ces oscillations électroniques, avec des applications telles que la création de puces informatiques plus rapides, cellules solaires, biocapteurs, et même des traitements contre le cancer.
Les plasmons sont fortement affectés par la géométrie de leurs matériaux hôtes, ce qui les rend très adaptables à différentes applications. Cependant, il n'était pas clair comment les plasmons se comportent dans un cas extrême :lorsque les matériaux n'ont que quelques atomes d'épaisseur.
L'équipe de recherche internationale composée de Felipe da Jornada et Steven Louie du LBNL de l'Université de Californie, Berkeley, et Lede Xian et Ángel Rubio du MPSD, qui est basé au Center for Free-Electron Laser Science (CFEL), a voulu apporter un éclairage nouveau sur les propriétés des plasmons dans ces romans, matériaux atomiquement minces.
En utilisant des calculs quantiques sans paramètres, ils ont découvert que les plasmons se comportent d'une manière particulière dans tous matériaux atomiquement minces. Cela a d'abord été une surprise pour les auteurs :"La physique des manuels dit que les plasmons dans les matériaux en vrac se comportent d'une manière, et dans des matériaux strictement bidimensionnels, d'une autre manière. Mais contrairement à ces modèles simplifiés, plasmons dans tous réel , les matériaux atomiquement minces se comportent encore différemment et ont tendance à être beaucoup plus localisables dans l'espace, " dit Felipe Jornada, qui est maintenant basé à l'Université de Stanford.
La raison de cette différence, Steven Louie soutient, est-ce "dans réel matériaux atomiquement minces, tous les autres électrons non conducteurs et oscillants peuvent filtrer ces plasmons, ce qui conduit à une relation de dispersion fondamentalement différente pour ces excitations."
D'autres découvertes clés de leurs recherches sont que les plasmons dans des systèmes tels que la monocouche TaS
ngel Rubio, le directeur du département de théorie du MPSD, déclare : « Ces résultats sont pertinents pour de nombreuses applications, de la promotion des réactions photocatalytiques à la biodétection et à la spectroscopie de molécule unique."
