研究前沿：Nature Nanotechnology-石墨烯 | 量子摩擦制冷

在固液界面動(dòng)力學(xué)中，固體的自由電子起著至關(guān)重要的作用。在液體流動(dòng)時(shí)，會(huì)引起電子極化，并驅(qū)動(dòng)電流；反過來，電子激勵(lì)參與流體動(dòng)力摩擦。然而，潛在的固體-液體相互作用，一直缺乏直接的實(shí)驗(yàn)探針。

近日，德國馬普高分子所Xiaoqing Yu，Nikita Kavokine等，在Nature Nanotechnology上發(fā)文，報(bào)道利用超快光譜研究了液體-石墨烯界面的能量轉(zhuǎn)移。

可見激發(fā)脈沖準(zhǔn)瞬時(shí)加熱了石墨烯電子，然后用太赫茲脈沖監(jiān)測(cè)電子溫度的時(shí)間演化。實(shí)驗(yàn)觀察到水加速了石墨烯電子的冷卻，而其他極性液體的冷卻動(dòng)力學(xué)，基本不受影響。固體-液體傳熱的量子理論解釋了，基于石墨烯表面等離子體激元模式和所謂的水分子（水電荷波動(dòng)hydrons—water charge ）之間的共振，特別是水天平動(dòng)模式 water libration modes（允許有效的能量傳遞），水特定的冷卻增強(qiáng)。

該項(xiàng)研究，為集體模式介導(dǎo)的固液相互作用，提供了直接的實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并支持理論上提出的量子摩擦機(jī)制。同時(shí)，為進(jìn)一步揭示了水-石墨烯界面，特別較大的熱邊界電導(dǎo)，并提出了增強(qiáng)石墨烯基納米結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)率的策略。

Electron cooling in graphene enhanced by plasmon–hydron resonance.等離子體共振增強(qiáng)石墨烯中的電子冷卻。

圖1：固-液界面的傳熱和摩擦。

圖2：在石墨烯中，熱電子弛豫的皮秒測(cè)量。

圖3：電子-液體傳熱機(jī)理。

圖4：等離子體激元-水分子強(qiáng)耦合。