電子共舞：打破奈米尺度的神奇現象

高級版主 | 昨天 23:14

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物理學家首次觀察到電子在巴克敏斯特富勒烯（C60）分子上同步舞動，這種現象被稱為「電漿共振」，揭示了光與物質互動的新秘密。C60 分子形狀像足球，由 60 個碳原子組成，直徑僅 0.7 奈米，比病毒還小。這次發現不僅突破了奈米尺度的限制，還讓科學家看到了操控光的新可能。

電漿共振是一種電子共舞的現象，當電子受到光的激發後，它們會以同步的節奏來回震盪，就像整齊劃一的舞步。這種「舞動」能在極短時間內將光困住，從而提高光的利用效率。

目前，它已被應用於太陽能轉換、感光元件強化等領域。然而，之前的研究只能在數奈米以上的尺度觀察這種現象，這次突破則讓科學家首次在亞奈米級別（比頭髮直徑的十萬分之一還小）捕捉到電子共舞的細節。

首次亞奈米級別捕捉到電子共舞
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C60 富勒烯的電漿共振與電子關聯效應
(A) 電漿共振的傅立葉限制壽命（FLL）隨粒子直徑變化。藍色和綠色點為文獻中不同尺寸奈米系統的實驗數據，灰色虛線為 Mie 理論預測，主要適用於經典區域。紫色點則為線性響應時間相依密度泛函理論（LR-TDDFT）對奈米或次奈米富勒烯的預測值，顯示在量子區域中。紅色圓點表示本研究統計平均後的時間延遲。圖中顯示，電漿共振的頻率可隨奈米粒子大小從近紅外（NIR）延伸至極紫外（XUV）範圍。
(B) C60 分子中球殼狀分布的離域電子會在約 20 eV 處產生巨型電漿共振。圖中展示了基於膠體模型的密度泛函理論（DFT）位能，顯示不同量子態的能量分布，並可區分為 π 和 σ 態。這些量子態間的組態相互作用（箭頭所示）導致巨型電漿共振（GPR）的產生。（圖／《Science Advances》）
研究團隊利用阿秒級（十億分之一秒）的極紫外光脈衝，精確記錄了電子從被激發到釋放多餘能量、回到穩定狀態的整個過程。這些電子以高度同步的方式運動，就像是完美配合的舞蹈團隊，整個過程只需 50 至 300 阿秒。這是首次有人能在這麼短的時間內觀察到電子的同步運動，並揭示了在如此小的尺度下光和電子之間的神秘互動。

研究團隊不僅打破了觀察奈米尺度電子行為的技術瓶頸，還為未來的超快電子裝置與光電技術帶來了全新契機。科學家認為，這種電子共舞現象或許能讓電子產品的運行速度比現有技術快上百萬倍，甚至可能創造出基於量子效應的全新光電平台。

這項研究成果已發表於《Science Advances》期刊，為我們理解微觀世界的奧秘邁出重要一步。

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