通过超快自由电子实现光与体等离子体激元之间的间接多光子散射

高效耦合光波与体等离激元(BPs)始终是核心难题,这源于两者固有的模式失配、有限的穿透深度以及可见光光子与BPs间显著的共振能量失配。该研究团队证明,超快自由电子能在纳米尺度上相干地介导电磁场与BPs的相互作用。通过超快透射电子显微镜光电阴极发射的电子脉冲,可作为量子中介体同时实现与激光场的多光子过程相互作用及与BPs的微扰散射。电子能量损失谱可捕获这种间接相互作用——最终电子能量分布同时编码了源自多光子吸收/发射与BP散射事件不同组合的两条量子路径。这些路径间的干涉产生了特征性光谱调制,直接揭示了光子与BPs通过电子传递实现的能量与信息交换。该工作表明,飞秒驱动的超快电子提供了调控乃至控制体内等离激元激发的可行途径,从而突破了传统纳米等离子体学中光操纵表面等离激元的局限。这种光-BP间接相互作用为探索超快纳米尺度下的基础光-物质相互作用开辟了新路径。

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