观察晶体非局域体面性 plasmon 波

在等离子体物理学中， 当光激发对材料响应产生强烈依赖于激发空间关联时，便会出现非局域效应。已知经典自由电子气系统支持局域的 Drude 体面性 plasmon 波。而可压缩量子电子气系统则支撑具有非局域色散的流体动力学体面性 plasmon 波，其在所有高对称方向上均呈现各向同性。与 Drude 和流体动力学 plasmon 波不同，本文首次观察到了晶体非局域体面性 plasmon 波。我们采用基于传输的动量分辨电子能量损耗光谱法，对硅在所有基本对称轴上的体面性 plasmon 色散进行测量，直至高动量值（$q \sim 0.7$ reciprocal 晶格单位）。我们表明，晶体非局域 plasmon 波在较轻质量（$\Gamma K$ 与 $\Gamma L$）轴上呈现更高的曲率，与重质量（$\Gamma X$）轴相比较具有显著的各向异性色散。我们通过实验提取硅的各向异性费米速度，揭示了这一现象的起源。我们的工作揭示了体面性 plasmon 波在非局域性下的精妙各向异性，为在极端动量下探测许多体量子效应提供了路径。