Forskere observerede først plasmoner på grafen

Med en stråle af infrarødt lys, forskere har sendt krusninger af elektroner langs overfladen af ​​grafen og demonstreret, at de kan kontrollere længden og højden af ​​disse svingninger, kaldet plasmoner, ved hjælp af et enkelt elektrisk kredsløb.

Det er første gang nogen har observeret plasmoner på grafen, plader af kulstof kun et atom tykt med et væld af spændende fysiske egenskaber, og et vigtigt skridt mod at bruge plasmoner til at behandle og transmittere information i rum, der er for stramme til at bruge lys.

"Alle havde mistanke om, at plasmoner skulle være der, men at se er at tro. Vi har afbildet dem og vist, at de forplanter sig. Og vi har vist, at vi kan kontrollere dem, " sagde Dimitri Basov, professor i fysik ved University of California, San Diego, og seniorforfatter af rapporten offentliggjort online 21. juni forud for trykt offentliggørelse i Natur .

For at lave enhederne, de skrællede grafen fra grafit, tingene med blyant, og gned det på siliciumdioxidspåner.

De lancerede plasmoner ved at skinne en infrarød laser på overfladen af ​​grafen og målte bølgerne ved hjælp af den ultrafølsomme arm af et atomkraftmikroskop.

De udgående bølger er umulige at måle. Men da de når kanten af ​​grafen, de reflekterer som vandbølger fra kølvandet på en båd, der hopper ud af en mole.

Oscillationer, der vender tilbage fra kanten, tilføjer til, eller annullere, efterfølgende bølger, skaber et karakteristisk interferensmønster, der afslører deres bølgelængde og amplitude.

Forskerne viste, at mønsteret kunne ændres ved at styre et elektrisk kredsløb dannet med elektroder fastgjort til grafenoverfladen og et lag af rent silicium under chipsene.

"Her er det, " sagde Basov. "Du tager bare et batteri fra en lommelygte og skruer på spændingen, og du har en afstembar plasmonisk enhed."

Ligesom lys kan bære komplekse signaler gennem fiberoptik, plasmoner kunne bruges til at overføre information. Men plasmoner kunne bære information inden for langt snævrere rum.

"Det er umuligt at begrænse lys ved nanometer skalaer, fordi lysbølgelængder er mange hundrede nanometer, " sagde Zhe Fei, en kandidatstuderende i Basovs laboratorium og den første forfatter til papiret. "Vi brugte lys til at excitere overfladeplasmoner med en længdeskala på 100 nanometer eller mindre, der kan rejse med meget høj hastighed fra den ene side af chippen til den anden."

Den præstation, de observerede, er lovende. Disse er nogle af de korteste plasmonbølgelængder målt i ethvert materiale, alligevel formerer bølgerne sig så langt, som de gør i metaller som guld. Og i modsætning til plasmoner på metaller, grafenplasmoner kan indstilles.

Et team af videnskabsmænd, der arbejder uafhængigt i Spanien, ledet af Frank Koppens, Rainer Hillenbrand og Javier Garcia de Abajo har gjort en lignende opdagelse ved hjælp af grafenfilm deponeret af en gas frem for at blive pillet af grafit. Deres rapport, udgivet i samme nummer af Natur , understøtter dette bevis for grafenplasmoner.

"Graphene optoelektronik og informationsbehandling er meget lovende. Vi ser gerne, at vores arbejde bidrager til fremtidens teknologi, "Sagde Basov." Der er også helt nyt, grundvidenskab kommer ud af dette. Ved at overvåge plasmoner, vi lærer, hvad elektroner gør i denne nye form for kulstof, hvordan fundamentale interaktioner styrer deres egenskaber. Dette er en undersøgelsesvej. "