大連化物所揭示MXene電子聲子表面散射效應

　　近日，中國科學院大連化學物理研究所化學動力學研究室分子光化學動力學研究組研究員袁開軍團隊，利用飛秒時間分辨光譜，實現了對復合結構的二維過渡金屬碳化物的動力學探測，發現其尺寸效應在電子-聲子散射過程中具有重要作用。

　　二維金屬納米材料的厚度小于載流子的平均自由程時，尺寸效應可能在載流子界面運輸和能量傳遞過程中發揮重要作用。時間分辨光譜研究表明，MXene材料的電子-聲子相互作用發生在100飛秒以內，快于石墨烯、過渡金屬硫化物和鈣鈦礦等二維材料。而當前關于MXene電子-聲子散射的研究僅考慮體相散射，忽略了表面散射效應。

　　科研人員設計了厚度約1.8nm的金屬/MXene和絕緣體/MXene復合結構片狀材料，利用飛秒瞬態吸收光譜測量了其載流子動力學。結果表明，與MXene相比，絕緣體/MXene的電子弛豫動力學沒有發生改變，而金屬/MXene的電子弛豫明顯變慢。這是由于金屬/MXene的電子可通過界面直接傳輸到金屬，其電子-聲子表面散射被削弱。定量分析發現，1.8nm厚度的MXene片狀材料，約50%~70%的電子-聲子散射過程發生在表面，表明MXene超薄材料的表面效應在電子-聲子散射中起到重要作用。上述研究對剖析二維材料相關的界面載流子和能量傳輸以及實現高效能量轉換具有重要意義。

　　相關研究成果以Evidence of Surface-Mediated Carrier-Phonon Scattering in MXene為題，發表在《美國化學學會-納米》（ACS Nano）上。研究工作得到國家自然科學基金基礎科學中心項目和中國科學院等的支持。