Electron cooling in graphene enhanced by plasmon–hydron resonance

石墨烯 材料科学 电子 化学物理 等离子体子 凝聚态物理 纳米技术 光电子学 化学 物理 量子力学
作者
Xiaoqing Yu,Alessandro Principi,Klaas‐Jan Tielrooij,Mischa Bonn,Nikita Kavokine
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:18 (8): 898-904 被引量:29
标识
DOI:10.1038/s41565-023-01421-3
摘要

Evidence is accumulating for the crucial role of a solid's free electrons in the dynamics of solid-liquid interfaces. Liquids induce electronic polarization and drive electric currents as they flow; electronic excitations, in turn, participate in hydrodynamic friction. Yet, the underlying solid-liquid interactions have been lacking a direct experimental probe. Here we study the energy transfer across liquid-graphene interfaces using ultrafast spectroscopy. The graphene electrons are heated up quasi-instantaneously by a visible excitation pulse, and the time evolution of the electronic temperature is then monitored with a terahertz pulse. We observe that water accelerates the cooling of the graphene electrons, whereas other polar liquids leave the cooling dynamics largely unaffected. A quantum theory of solid-liquid heat transfer accounts for the water-specific cooling enhancement through a resonance between the graphene surface plasmon mode and the so-called hydrons-water charge fluctuations-particularly the water libration modes, which allows for efficient energy transfer. Our results provide direct experimental evidence of a solid-liquid interaction mediated by collective modes and support the theoretically proposed mechanism for quantum friction. They further reveal a particularly large thermal boundary conductance for the water-graphene interface and suggest strategies for enhancing the thermal conductivity in graphene-based nanostructures.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
专注的胡萝卜完成签到 ,获得积分10
刚刚
2秒前
乐乐应助whatever采纳,获得10
3秒前
科研通AI6.1应助ACoolZc采纳,获得10
5秒前
于际泽完成签到,获得积分10
5秒前
NIUB完成签到,获得积分10
5秒前
风格化橙完成签到,获得积分10
5秒前
6秒前
郭晋尧发布了新的文献求助10
7秒前
坚强的缘分完成签到,获得积分10
8秒前
工藤应助NISHIDA采纳,获得10
9秒前
李嘿嘿完成签到 ,获得积分10
9秒前
幽默赛君完成签到 ,获得积分10
10秒前
时尚中二完成签到,获得积分10
10秒前
11秒前
充电宝应助曾志伟采纳,获得10
13秒前
ACoolZc完成签到,获得积分20
13秒前
hub-pubmed发布了新的文献求助30
14秒前
隐形的小鸽子完成签到 ,获得积分10
14秒前
苹果黑猫完成签到,获得积分10
15秒前
胜利主义完成签到,获得积分10
15秒前
青竹完成签到,获得积分10
15秒前
15秒前
16秒前
时尚黄豆完成签到 ,获得积分10
16秒前
hyjcnhyj完成签到,获得积分10
16秒前
17秒前
wangji_2017完成签到,获得积分10
18秒前
库凯伊完成签到,获得积分10
20秒前
20秒前
lyz完成签到,获得积分20
20秒前
dongli6536发布了新的文献求助10
20秒前
哔哩哔哩往上爬完成签到,获得积分10
21秒前
zxp完成签到,获得积分10
22秒前
超级蜻蜓完成签到 ,获得积分10
23秒前
lyz发布了新的文献求助10
25秒前
25秒前
ju00完成签到,获得积分10
25秒前
lx840518完成签到,获得积分10
26秒前
新德里梅塔洛1号完成签到,获得积分10
27秒前
高分求助中
Adhesion Science: Principles & Practice 1234
Signals, Systems, and Signal Processing 610
Burger's Medicinal Chemistry and Drug Discovery 400
A Step-by-Step Guide to Qualitative Data Coding 2nd Edition 400
Impact of Storage Orientation and Duration on Prefilled Syringe Performance: Break-Loose and Glide Forces, and Injection Time Across Multiple Time Points 360
Programming for Chemical Engineers Using C, C++, and MATLAB 300
Upland Kenya wild flowers and ferns: a flora of the flowers, ferns, grasses, and sedges of highland Kenya 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 物理 内科学 复合材料 催化作用 物理化学 光电子学 电极 细胞生物学 基因 无机化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 6663919
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8413718
关于积分的说明 17985286
捐赠科研通 5868450
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2975259
邀请新用户注册赠送积分活动 1951121
关于科研通互助平台的介绍 1877323