石墨中声子介导散射与等离子体相互作用的超快动量分辨可视化

单个电荷与集体模态之间的散射支配着电阻、能量耗散、相位间的开关以及有序性等基本现象。对此类散射的研究需要同时获取单粒子和集体激发态的超快动量分辨动力学，这一点一直是实验上的挑战。本文演示了一种时、动量分辨的电子能量损失光谱技术，并将其应用于石墨，表明其在带结构中产生的大型 ($\Delta q\simeq$1.2~{\AA}$^{-1}$) 光激发电子-空穴 (e-h) 包裹，会导致集体平面等离子体和体等离子体的再归一化，这可以通过引入由 $E_{2g}$ 和 $A_{1}'$ 声子模式所介导的内谱和间谱散射过程来量化描述，我们通过超快电子衍射直接观察到，并通过 ab initio 计算加以鉴定。相反，靠近石墨 K 点的较小 e-h 包裹 ($\Delta q\simeq$0.7~{\AA}$^{-1}$) 的光激发结果，会导致平面等离子体的再归一化，这只能通过声子介导的散射和热膨胀部分解释。我们的结果表明，结合动量和时间分辨信息对于阐明与电子散射过程相关的微观细节至关重要。