基于电子能量损失谱的原子尺度选控金团簇等离激元演化研究——从固态到分子尺度
原子与分子团簇
2020-03-26 v1 介观与纳米尺度物理
光学
摘要
当金属纳米颗粒尺寸大幅减小时，描述自由电子集体振荡的等离激元呈现出多样的量子模式。与传统纳米尺度研究不同，量子等离激元的理解需要对纳米颗粒的极端原子级控制，这要求对原子数可在数个数量级上原子级可调的一系列纳米颗粒进行尺寸依赖的等离激元测量。本文报道了利用扫描透射电子显微镜中的电子能量损失（EEL）谱，对原子尺度选控的金颗粒（N = 100 至 70000）的 N 依赖等离激元演化。EEL 映射将 2.7 eV 处的特征归属为体等离激元，2.4 eV 处的另一特征归属为表面等离激元，其演化揭示了三个区间。当 N 从 70000 减至 887 时，体等离激元保持不变，而表面等离激元呈现从 2.4 到 2.3 eV 的轻微红移。这可由经典等离激元物理主导及电子边界散射引起的延迟理解。当 N 进一步从 887 减至 300 时，体等离激元完全消失，表面等离激元显示稳定蓝移，表明量子限域出现并修饰了带内跃迁。当 N 为 100 至 300 时，等离激元分裂为三个精细特征，这归因于基于含时密度泛函理论计算的量化类分子能级间单电子跃迁的叠加。表面等离激元的激发比具有标度律，对 N 呈指数依赖（N^0.669），本质上是半径的平方。从而展示了从经典到量子、分子等离激元的统一演化图像。
引用
@article{arxiv.2003.11191,
title = {Investigation of plasmonic evolution of atomically size-selected Au clusters by electron energy loss spectrum--from solid state to molecular scale},
author = {Siqi Lu and Lin Xie and Kang Lai and Runkun Chen and Lu Cao and Kuojuei Hu and Xuefeng Wang and Jinsen Han and Xiangang Wan and Jiaqing He and Jiayu Dai and Jianing Chen and Qing Dai and Zhenlin Wang and Guanghou Wang and Fengqi Song},
journal= {arXiv preprint arXiv:2003.11191},
year = {2020}
}