Teoretiske beregninger viser grafens potentiale til styring af nanoskala lysudbredelse på en chip

Halvledere har revolutioneret computing på grund af deres effektive kontrol over strømmen af ​​elektriske strømme på en enkelt chip, hvilket har ført til enheder såsom transistoren. Arbejder hen imod en lignende afstemningsfunktionalitet til lys, forskere fra A*STAR Institute of High Performance Computing (IHPC), Singapore, har vist, hvordan grafen kan bruges til at styre lys i nanometerskalaen, at fremme begrebet fotoniske kredsløb på chips.

Graphene, som er lavet af et enkelt lag carbonatomer, har fremragende elektroniske egenskaber; nogle af disse er også nyttige i fotoniske applikationer. Som regel, kun metaller er i stand til at begrænse lys til størrelsen på et par nanometer, som er meget mindre end lysets bølgelængde. På overfladen af ​​metaller, kollektive svingninger af elektroner, såkaldte 'overfladeplasmoner', fungere som kraftige antenner, der begrænser lys til meget små rum. Graphene, med sin høje elektriske ledningsevne, viser lignende adfærd til metaller, så den kan også bruges til plasmonbaserede applikationer, forklarer Choon How Gan fra IHPC, der ledede forskningen.

Gan og kolleger studerede teoretisk og beregningsmæssigt, hvordan overfladeplasmoner bevæger sig langs ark af grafen. Selvom grafen er en dårligere leder end et metal, så tab af forplantning af plasmon er højere, det har flere vigtige fordele, siger teammedlem Hong Son Chu. "Den vigtigste fordel, der gør grafen til en glimrende platform for plasmoniske enheder, er dens store afstemning, der ikke kan ses i de sædvanlige ædelmetaller, "forklarer han." Denne afstemning kan opnås på forskellige måder, ved hjælp af elektriske eller magnetiske felter optiske udløsere og temperatur. "

Holdets beregninger viste, at overfladeplasmoner, der forplantede sig langs et ark grafen, ville være meget mere begrænset til et lille rum, end de ville rejse langs en guldoverflade (se billede). Imidlertid, holdet viste også, at overfladeplasmoner ville rejse langt bedre mellem to ark grafen bragt i tæt kontakt. Desuden, ved at justere designparametre såsom adskillelsen mellem arkene, såvel som deres elektriske ledningsevne, meget bedre kontrol over overfladeplasmon egenskaber er mulig.

I fremtiden, Gan og hans kolleger planlægger at undersøge disse ejendomme til applikationer. "Vi vil undersøge potentialet ved grafenplasmoniske enheder også for terahertz- og melleminfrarødt regime, "forklarer han." I dette spektrale område, grafenplasmoniske strukturer kan være lovende til applikationer såsom molekylær sansning, som fotodetektorer, eller til optiske enheder, der kan skifte og modulere lys. "