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一维原子链体系等离子激发态性质的理论预言
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一维原子链体系等离子激发态性质的理论预言 近日，物理所表面物理国家重点实验室高世武研究员领导的研究小组，在低维纳米体系的等离子激发态性质的研究中取得最新进展。他们通过理论计算成功证实早前对一维原子链电子气模型中的纵向等离子模式的预言；同时还发现了两个新的横行模式。该结果发表在美国《物理评论快报》（Phys. Rev. Lett. 98 (2007) 216602）上。 低维纳米体系表面等离子激元（Surface plasmons），是决定体系光学吸收、电子动力学响应、表面电场增强、材料的负折射率以及表面光化学和动力学过程的重要机制。与体材料和表面体系不同，有限纳米结构（如金属纳米颗粒及阵列）的等离子激发，提出了全新的物理问题。因为在纳米尺度，特别是到原子尺度上，单粒子能级量子化和几何尺寸效应更为明显，原子对价电子的局域约束和电子－电子长程相互作用互相竞争。这些因素如何影响和决定小量子体系的集体激发是一个基本物理范畴。其理解对于量子控制集体激发和应用有着重要的意义。 近年来，物理所高世武研究员领导的小组致力于低维受限体系下的电子激发和动力学研究。他们基于STM原子操纵形成的一维原子链的人造模型系统，首先用一维电子气模型，对原子链集体激发态的出现和特征作出了预言，演示了纵向的集体激发随着电子气长度的增加，如何从单电子激发态演化到集体激发的过程 (Phys. Rev. B 72 (2005) 121406)。随后，为了深入对原子尺度等离子激发的理解，他们对一维原子链作了精确的含时密度泛函理论（TDDFT）计算，验证了电子气模型计算中的纵向模式；而在垂直于链的方向上，还发现了两个新的横行模式：位于原子链两端的端点模（End mode）和位于链中部的中间模（Central mode）。一维原子链上的这两个模式，类似于二维体系中的表面和体的等离子模，并会存在于任何一维有限体系（如金属纳米线， 碳纳米管等)中，因而具有广泛意义。计算结果还发现，端点模对外界环境在原子尺度上的改变（例如在原子链末端挂上一个原子）非常敏感，这一结果在等离子的局部探测和传感方面有潜在的应用价值。 该研究项目得到了中国科学院“百人计划”项目资助和中瑞量子动力学合作项目（STINT）资助。 |
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