Teoretisk, numerisk undersøgelse af grafenark afslører egenskaber, der kan føre til nye opto-elektriske enheder

Et-atom-tykke plader af kulstof-kendt som grafen-har en række elektroniske egenskaber, som forskere undersøger for potentiel brug i nye enheder. Graphene's optiske egenskaber får også opmærksomhed, som kan stige yderligere som følge af forskning fra A*STAR Institute of Materials Research and Engineering (IMRE). Bing Wang fra IMRE og hans medarbejdere har vist, at interaktionen mellem enkelte grafenark i visse arrays muliggør effektiv kontrol af lys på nanoskalaen.

Lys, der klemmes mellem enkelte grafenark, kan forplante sig mere effektivt end langs et enkelt ark. Wang bemærker, at dette kan have vigtige anvendelser inden for optisk-nanofokusering og i superlens-billeddannelse af nanoskalaobjekter. I konventionelle optiske instrumenter, lys kan kun styres af strukturer, der har omtrent samme skala som dets bølgelængde, som for optisk lys er meget større end tykkelsen af ​​grafen. Ved at bruge overfladeplasmoner, som er kollektive bevægelser af elektroner på overfladen af ​​elektriske ledere såsom grafen, forskere kan fokusere lys til størrelsen på kun et par nanometer.

Wang og hans medarbejdere beregnede den teoretiske udbredelse af overfladeplasmoner i strukturer bestående af enkeltatomiske ark af grafen, adskilt af et isolerende materiale. Ved små adskillelser på omkring 20 nanometer, de fandt ud af, at overfladeplasmonerne i grafenarkene interagerede sådan, at de blev 'koblet' (se billede). Denne teoretiske kobling var meget stærk, i modsætning til det, der findes i andre materialer, og havde stor indflydelse på lysets udbredelse mellem grafenarkene.

Forskerne fandt, for eksempel, at optiske tab blev reduceret, så lys kunne forplante sig over længere afstande. Ud over, under en særlig indgående vinkel for lyset, undersøgelsen forudsagde, at brydningen af ​​den indgående stråle ville gå i den modsatte retning af det, der normalt observeres. Sådan en usædvanlig negativ brydning kan føre til bemærkelsesværdige virkninger såsom superlensing, som muliggør billeddannelse med næsten ubegrænset opløsning.

Da grafen er en halvleder og ikke et metal, det giver mange flere muligheder end de fleste andre plasmoniske enheder, kommenterer IMRE's Jing Hua Teng, der ledede forskningen. "Disse grafenarkarrays kan føre til dynamisk kontrollerbare enheder, takket være den lettere afstemning af grafens egenskaber gennem eksterne stimuli såsom elektriske spændinger. "Graphen giver også mulighed for en effektiv kobling af plasmonerne til andre objekter i nærheden, såsom molekyler, der er adsorberet på overfladen. Teng siger derfor, at det næste trin er at udforske den interessante fysik yderligere i grafenarraystrukturer og undersøge deres umiddelbare applikationer.