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

在固液界面动力学中，固体的自由电子起着至关重要的作用。在液体流动时，会引起电子极化，并驱动电流；反过来，电子激励参与流体动力摩擦。然而，潜在的固体-液体相互作用，一直缺乏直接的实验探针。

近日，德国马普高分子所Xiaoqing Yu，Nikita Kavokine等，在Nature Nanotechnology上发文，报道利用超快光谱研究了液体-石墨烯界面的能量转移。

可见激发脉冲准瞬时加热了石墨烯电子，然后用太赫兹脉冲监测电子温度的时间演化。实验观察到水加速了石墨烯电子的冷却，而其他极性液体的冷却动力学，基本不受影响。固体-液体传热的量子理论解释了，基于石墨烯表面等离子体激元模式和所谓的水分子（水电荷波动hydrons—water charge ）之间的共振，特别是水天平动模式 water libration modes（允许有效的能量传递），水特定的冷却增强。

该项研究，为集体模式介导的固液相互作用，提供了直接的实验证据，并支持理论上提出的量子摩擦机制。同时，为进一步揭示了水-石墨烯界面，特别较大的热边界电导，并提出了增强石墨烯基纳米结构热导率的策略。

Electron cooling in graphene enhanced by plasmon–hydron resonance.等离子体共振增强石墨烯中的电子冷却。

图1：固-液界面的传热和摩擦。

图2：在石墨烯中，热电子弛豫的皮秒测量。

图3：电子-液体传热机理。

图4：等离子体激元-水分子强耦合。