通過捕獲飛秒尺度下的凝聚態(tài)材料的電子動態(tài)，能夠追蹤電子最基本的運(yùn)動行為。這些電子的運(yùn)動行為影響了材料和電化學(xué)、光伏等器件的化學(xué)反應(yīng)、電荷傳輸。在石墨烯材料中，相干電子動力學(xué)（coherent electron dynamics）顯著影響從太赫茲到紫外區(qū)間內(nèi)的非線性響應(yīng)，并且能夠影響非線性變頻器、超快開關(guān)、調(diào)制器等光學(xué)器件或者石墨烯信息處理單元的工作原理。
但是，由于缺陷、邊緣、晶界等異質(zhì)性的影響，如何完全深入的捕獲石墨烯非線性響應(yīng)以及超快相干電子仍難以實現(xiàn)。
有鑒于此，Jiajun Zhu編輯總結(jié)報道對石墨烯進(jìn)行飛秒拍攝工作的重要意義。
主要內(nèi)容：
（1）
2019年的一篇文章中（Nat. Nanotechnol. 2019, 14, 838–843）提出通過納米聚焦飛秒脈沖技術(shù)對2D材料進(jìn)行超快納米光譜表征，能夠表征石墨烯材料的非線性響應(yīng)以及相干電子動態(tài)，這種方法能夠同時實現(xiàn)納米空間分辨率和飛秒時間分辨率。該研究的關(guān)鍵表征發(fā)現(xiàn)是電子的去相干T2達(dá)到5-6 fs，從而說明石墨烯材料具有優(yōu)異的載流子散射能力。
（2）
因為發(fā)展的這項技術(shù)具有非常高的空間分辨率，因此作者進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)在石墨烯納米片的邊緣位點產(chǎn)生獨特的寬帶四波混頻FWM（four-wave mixing）信號增強(qiáng)現(xiàn)象。這項觀測結(jié)果說明較強(qiáng)的納米限域狀態(tài)的光-物質(zhì)相互作用。
這種納米限域空間的非線性相互作用有助于研究新型選律或者更高頻率轉(zhuǎn)換效率的非線性納米光學(xué)效應(yīng)。這項工作為二維非線性器件和量子光學(xué)器件提供機(jī)會，由于二維異質(zhì)結(jié)材料具有的廣泛發(fā)展空間和前景，這項技術(shù)和發(fā)現(xiàn)能夠用于研究和調(diào)節(jié)二維材料的層間、層內(nèi)載流子動力學(xué)。
參考文獻(xiàn)
Jiajun Zhu, Ultrafast nano-movie of graphene. Nat. Nanotechnol. (2023)
DOI: 10.1038/s41565-023-01554-5
https://www.nature.com/articles/s41565-023-01554-5
