强关联氧化物Ti2O3中的奇特等离激元

等离激元是凝聚态物理中最重要的元激发之一，它是由于库伦相互作用引起的材料中电子的集体震荡行为。在长波极限下，由能带内电子激发产生的等离激元，其频率通常依赖于波矢。例如，二维电子气的频率—波矢色散关系为。最近，平等离激元（即无色散）由于其奇特的物理特性引起了人们的研究兴趣。平等离激元在实空间中可以表现为慢的且局域的等离激元波包，从而可应用于电子结构探测，并有助于新型的时间分辨的等离激元成像技术的实现。然而，对于已报道的平等离激元，其传播的波矢通常较小（q < 0.7 Å^-1）, 并且多局限在二维材料体系中。

图1

近日，山东大学李洋洋教授（点击查看介绍）课题组通过实验结合理论计算，在三维强关联氧化物α-Ti₂O₃单晶样品中发现超平（∆ω_p < 40 meV）的等离激元（如图1），并且该等离激元能传播到极大波矢（q > 1.2 Å^-1），可超过第一布里渊区。分析表明，这种超平的等离激元特性起源于α-Ti₂O₃中强关联效应引起的平能带结构（费米能级附近）。由于电子波函数对称性引起的跃迁禁止使得其等离激元不被朗道衰减，从而使得其等离激元可以传播到极大波矢，优异于其他已报道的材料（如图2）。该工作发表在国际知名期刊Nature Communications 上。山东大学物理学院2019级博士生高涵和2021级博士生丁超为论文第一作者，李洋洋教授和赵明文教授为通讯作者。

图2

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Ultra-flat and long-lived plasmons in a strongly correlated oxide 

Han Gao,^# Chao Ding,^# Jaeseok Son, Yangyu Zhu, Mingzheng Wang, Zhi Gen Yu, Jianing Chen, Le Wang, Scott A. Chambers, Tae Won Noh, Mingwen Zhao* & Yangyang Li*

Nat. Commun., 2022, 13, 4662, DOI: 10.1038/s41467-022-32359-0

作者简介

李洋洋，男，汉族，1988年4月生，博士，教授、博士生导师，山东大学齐鲁青年学者（第一层次）。主要从事电子强关联氧化物的新奇（量子）物性和功能应用的研究。2011年山东大学物理学院本科毕业，于2013年和2016年在King Abdullah University of Science and Technology获得硕士和博士学位。随后在新加坡国立大学和韩国首尔国立大学做博士后研究员，2021年3月回国入职山东大学物理学院。近五年共发表SCI论文30余篇，以第一/通讯作者发表Nature Communications (3篇)，Advanced Materials (2篇), Advanced Functional Materials (2篇), NPG Asia Materials, Chemistry of Materials等高水平期刊论文10余篇，总被引1900余次，第一作者文章单篇最高被引650余次。研究成果多次被Nat. Rev. Mater., Nat. Nanotech., Nat. Commun., Phys. Rev. Lett., Sci. Adv., Adv. Mater., Chem. Rev.等顶级期刊正面引用。课题组的主要研究方向以凝聚态物理和材料学为主，以研究“强关联氧化物及量子材料”为核心，深入研究新型（氧化物）量子材料及其功能应用。

课题组正在组建中，热烈欢迎有志从事科研工作的硕士及博士研究生、博士后及助理研究员到课题组学习工作。欢迎具有物理、材料或无机化学背景的同学报考，课题组每年拟招收硕士生3-4名，博士生1名，博士后不限。课题组与沙特阿卜杜拉国王科技大学、新加坡国立大学、新加坡南洋理工大学、新加坡同步辐射光源、韩国首尔国立大学、日本东京大学、美国西北太平洋国家实验室、美国阿贡国家实验室等国内外顶级课题组具有紧密的合作关系，可推荐在读学生或毕业生前往交流学习及攻读学位。欢迎咨询与指导（yangyang.li@sdu.edu.cn）。

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