Tredimensionelt grafen:Eksperiment ved BESSY II viser, at optiske egenskaber kan indstilles

Et internationalt forskerhold har for første gang undersøgt de optiske egenskaber af tredimensionel nanoporøs grafen ved den infrarøde IRIS-strålelinje i BESSY II-elektronlagerringen. Forsøgene viser, at de plasmoniske excitationer (oscillationer af ladningstætheden) i dette nye materiale kan styres præcist af porestørrelsen og ved at indføre atomare urenheder. Dette kunne lette fremstillingen af ​​meget følsomme kemiske sensorer.

Kulstof er et meget alsidigt element. Det danner ikke kun diamanter, grafit, og kul, men kan også have en plan form som en sekskantet matrix - grafen. Dette materiale, bestående af kun et enkelt atomlag, besidder mange ekstreme egenskaber. Det er meget ledende, optisk gennemsigtig, og er mekanisk fleksibel samt i stand til at modstå belastninger. André Geim og Konstantin Novoselov modtog 2010 Nobelprisen i fysik for opdagelsen af ​​denne eksotiske form for kulstof. Og for nylig, et japansk team har haft succes med at stable todimensionelle grafenlag i en tredimensionel arkitektur med porer i nanometerstørrelse.

Afstembare plasmoner

Et forskerhold drevet af en gruppe ved Sapienza Universitet i Rom har nu for første gang lavet en detaljeret undersøgelse af de optiske egenskaber af 3D-grafen på BESSY II. Holdet var i stand til ud fra dataene at fastslå, hvordan ladningstætheden svinger, kendt som plasmoner, forplante sig i tredimensionel grafen. Derved, de fastslog, at disse plasmoner følger de samme fysiske love som 2D-grafen. Imidlertid, frekvensen af ​​plasmonerne i 3D-grafen kan styres meget præcist, enten ved at indføre atomare urenheder (doping), efter størrelsen af ​​nanoporerne, eller ved at knytte specifikke molekyler på bestemte måder til grafenen. På denne måde det nye materiale kan også egne sig til fremstilling af specifikke kemiske sensorer, som forfatterne skriver i Naturkommunikation . Ud over, det nye materiale er interessant som elektrodemateriale til ansættelse i solceller.

Fordele ved IRIS-strålelinjen

Forskerne brugte IRIS-strålelinjen ved BESSY II-synkrotronkilden i Berlin til deres fordel til deres undersøgelser. Bredbånds infrarød er tilgængelig der, som især letter spektroskopisk analyse af nye materialer ved hjælp af terahertz-stråling. "En speciel driftstilstand for BESSY II-lagerringen kaldet lav-alfa gjorde det muligt for os at måle den optiske ledningsevne af tredimensionel grafen med et særligt højt signal-til-støj-forhold. Dette er næppe muligt med standardmetoder, især i terahertz-regionen. Imidlertid, det er netop denne region, der er vigtig for at observere kritiske fysiske egenskaber", siger Dr. Ulrich Schade, leder af gruppen ved den infrarøde strålelinje.