Fysikere kaster lys over egenskaberne af plasmoner i nanostruktureret grafen

En gruppe videnskabsmænd fra Rusland og Østrig har påvist, at interaktionen mellem plasmonoscillationer i nanostruktureret grafen forårsager et betydeligt skift i det fjerne IR-lysabsorptionsspektrum. Plasmoner, kollektive excitationer af elektroner i faste stoffer, blev vist at ændre deres egenskaber under indflydelse af det elektriske felt i lavdimensionelle materialer, såsom grafen, dermed banebrydende for et væld af optoelektroniske applikationer, inklusive sensorer, detektorer, strålingskilder og mange andre. Resultaterne vil gøre det muligt at modellere plasmonspektre og bruge modelleringsresultaterne i optoelektronik. Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort i ACS Fotonik .

Plasmonspektre i isolerede grafen nanostrimler er et grundigt undersøgt område. Men for at faktiske optoelektroniske enheder skal fungere effektivt, det størst mulige antal nanostrimler kræves pr. længdeenhed, så grafen dækker så meget af substratarealet som muligt. Indtil for nylig, de optiske spektre af sådanne systemer blev beskrevet på en omtrentlig måde og betragtet som en samling af ikke-interagerende plasmoner inden for en individuel nanostrip - en tilgang, der beregner den dominerende oscillationstilstandsfrekvens i en isoleret nanostrip med en fejl på over 10 procent og er ude af stand til at fange subtile effekter i grafen, såsom strålingsudvidelse af absorptionsspektrene.

Forskerne opdagede, at de elektriske interaktioner mellem plasmoner resulterer i et væsentligt skift i det fjerne IR-absorptionsspektrum med reference til plasmonspektret i en isoleret nanostrimmel. Undersøgelsen afslørede også en betydelig udvidelse af nanostrimlernes absorptionsspektre som følge af tilbagestråling af den absorberede energi. Hvis der tages behørigt hensyn til, denne effekt sikrer meget høj nøjagtighed ved bestemmelse af parametrene for nanostrip-grafen, såsom Fermi-niveauet og elektronkollisionsfrekvensen. Absorptionsspektrumanalysemetoden fremsat af forfatterne kan bruges til at studere de subtile faktorer, der påvirker ledningsevnen af ​​grafen og andre todimensionelle materialer.

Grafenprøverne, der blev brugt i undersøgelsen, blev leveret af Graphenea (Spanien).

"På grund af interaktionerne mellem plasmoner, grafenabsorptionsspektrene dækker det fjerne IR-spektrum (fotonenergier fra 10 meV til 200 meV), som matcher oscillationsspektrene for de fleste biologiske molekyler. Dette åbner op for nye udsigter for design og fremstilling af grafenbaserede biosensorer, " siger studielederen og Skoltech-medarbejderen Vyacheslav Semenenko.