超快电子显微镜(UEM)凭借其亚纳米-亚皮秒的时空分辨能力，已成为非平衡态结构动力学及超快科学中的重要研究手段。由于电子探针对结构变化及电场相位高度敏感，UEM在超快激光诱导层状材料的动态结构演化及近场研究中具有显著优势。
飞秒激光激发二维层状材料的相干纵向呼吸声学声子已被广泛报导，然而，相干横向剪切声学声子的激发因需要破坏面内轴向对称性而较难实现。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心先进材料与结构分析实验室(A06组)李建奇、杨槐馨团队长期利用UEM(图a)开展层状材料超快结构动力学研究。近期，孙帅帅副研究员与李建奇研究员指导博士生高文莉在1T'-MoTe2中激发了晶面依赖的声学呼吸声子和剪切声子(图b)。剪切声子随温度降低由声学模式转变为光学模式，该转变受堆叠序变化调控。声学和光学剪切声子均涉及沿单斜方向的层间滑移，其差异源于堆叠序相关的层间极化键的不同空间排列。该剪切声子的激发为通过光诱导层间滑移实现铁电极化翻转提供了潜在路径。该研究成果以“Stacking Order Regulated Coherent Shear Phonons in Octahedral MoTe2 Revealed by Ultrafast Electron Microscopy”为题，发表在ACS Nano 19,19622 (2025)。进一步，杨槐馨研究员和河南省科学院张永朝博士、郑州大学程少博教授合作，在2H-MoTe2中发现非均匀激光激发下的二阶声子谐波可驱动薄膜发生超快弯曲，揭示了基于超快激光调控内部应变梯度的新机制[Chin. Phys. Lett. 42,047201 (2025)]。
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图.(a) UEM示意图；(b) MoTe2中堆叠序调控的激光诱导剪切声子模式转换；(c) 铁填充MWCNTs表面等离激元近场分布。
光诱导近场显微技术(PINEM)作为UEM的新兴表征手段，能够实现对微纳尺度光学近场的高空间分辨成像。在杨槐馨、李建奇研究员与郑丁国博士的指导下，博士生杨冬利用PINEM技术结合有限元仿真，对铁填充多壁碳纳米管(MWCNTs)中等离激元模式的叠加行为进行了纳米尺度表征，揭示了管内铁核与碳壳层之间存在的等离激元干涉现象(图c)。偏振依赖的近场成像结果证实了不同等离激元模式(TM₀、HE₁)叠加导致的对称性破缺，并揭示了PINEM成像对模式间轴向相位差的高度敏感性。研究还表明，MWCNTs不仅为等离激元提供了局域场增强环境，其包裹结构还能有效隔离铁核，防止其氧化。这为低成本磁-光耦合等离激元器件提供了一条新途径。该研究成果以“Nanoscale Characterizations of Plasmon-Mode Superposition in Iron-Filled Multiwalled Carbon Nanotubes”为题发表在Nano Lett. 25,9670 (2025)。
以上研究工作的主要实验在综合极端条件实验装置D4超快电镜实验站开展，A5和F2实验站分别为MoTe2提供了变温拉曼和输运测量。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国科学院科研仪器研制等项目的资助。
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