聲子是固體材料集體元激發(fā)最典型的代表，描述的是量子化的原子集體運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)諧振子。材料的熱學(xué)性質(zhì)、電學(xué)性質(zhì)，甚至超導(dǎo)和電荷密度波都與聲子尤其是電子-聲子作用密切相關(guān)。當(dāng)材料中存在比較強(qiáng)的電子-聲子相互作用時(shí)，STM針尖與樣品之間有可能發(fā)生非彈性電子隧穿過(guò)程（圖2），即隨著隧道偏壓的增大，電子具有足夠的能量后可以通過(guò)激發(fā)材料中的聲子而降低能量，打開(kāi)新的隧穿通道，導(dǎo)致隧穿幾率增大，表現(xiàn)為隧道結(jié)IV曲線上出現(xiàn)斜率的突然增大，相應(yīng)地，dI/dV曲線上出現(xiàn)一個(gè)臺(tái)階，二次微分d²I/dV²曲線上出現(xiàn)一個(gè)峰的特征（在負(fù)偏壓則為谷）。

　　聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在生長(zhǎng)出優(yōu)質(zhì)2H-NbSe₂及其微量Ta摻雜單晶樣品后，通過(guò)低溫強(qiáng)磁場(chǎng)STM/STS進(jìn)行了高分辨的隧道譜測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其隧道譜在±35mV以內(nèi)存在復(fù)雜的精細(xì)結(jié)構(gòu)（圖1c）。

　　理論研究表明，二次微分曲線與電聲子耦合譜函數(shù)α²F(ω)近似成正比，因此，這種基于STM的非彈性電子隧穿譜（IETS）方法可以用于原子尺度上電聲子耦合的研究。但是，由于實(shí)驗(yàn)上對(duì)高分辨率的要求和材料本身的特性限制，目前成功的案例局限于十分有限的固體材料，比如石墨或石墨烯、金屬銅等。

　　隨后，科研人員通過(guò)計(jì)算電聲子耦合譜函數(shù)提出一個(gè)簡(jiǎn)明的理論模型（圖3）。模型計(jì)算和分析證實(shí)這些精細(xì)特征（包括令人困惑的±35mV拐點(diǎn)）來(lái)自于非彈性電子隧穿過(guò)程（圖2d-f，圖3b-c），排除了多年以來(lái)±35mV處拐點(diǎn)是CDW能隙的錯(cuò)誤解釋。

　　文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.106403。

　　圖1：（a）2H-NbSe₂原子圖像；（b）隧道譜上±35mV拐點(diǎn)（箭頭所示）；（c）隧道譜上精細(xì)結(jié)構(gòu)（箭頭所示）; 

(d)─(f) 實(shí)驗(yàn)得到的二次微分譜與計(jì)算得到的聲子態(tài)密度和電聲子耦合譜函數(shù)的比對(duì)

　　圖2：(a) 非彈性電子隧穿過(guò)程示意圖；（b)─(d) 對(duì)應(yīng)的I-V，dI/dV和d²I/dV²曲線示意

　　圖3：（a）測(cè)量示意圖以及非彈性隧穿相關(guān)的電子態(tài)；（b）典型的電聲子耦合一階過(guò)程；（c）聲子參與的電子態(tài)激發(fā)