(Phys.org)—Graphene kan användas för att undersöka hur ljus interagerar med nano-antenner, potentiellt öka effektiviteten hos solceller och fotodetektorer, University of Manchester forskare har hittat.

Skriver in Nanobokstäver och Physica Status Solidi Rapid Research Letters , ett team ledd av Dr Aravind Vijayaraghavan i samarbete med professor Stephanie Reich vid Freie Universität Berlin och professor Stefan Maier vid Imperial College London, har visat att grafen kan användas för att undersöka hur ljus interagerar med guld nanostrukturer av olika form, storlek och geometri.

Denna interaktion, genom plasmonresonans, är samma fenomen som ger färg åt Notre-Dame de Pariss gotiska glasmålningsrosfönster.

När ljus lyser på en metallpartikel som är mindre än ljusets våglängd, elektronerna i partikeln börjar röra sig fram och tillbaka tillsammans med ljusvågen. Detta orsakar en ökning av det elektriska fältet vid partikelns yta.

När två sådana partiklar förs nära varandra, de oscillerande elektronerna i de två partiklarna interagerar med varandra, bildar ett ännu högre elektriskt fält mellan de två partiklarna, vilket resulterar i en koppling mellan de två partiklarna. Det har visat sig vara svårt att experimentellt observera och mäta storleken på denna koppling och det resulterande elektriska fältet.

Dr Vijayaraghavans team och medarbetare har visat att grafen kan placeras ovanpå sådana kopplade guldantenner av olika former, och genom att utföra Raman-spektroskopi på grafen, detta kopplade plasmoniska system kan observeras och mätas.

Han sa:"När ett ark grafen, bara en atom tjock, placeras ovanpå två guldpartiklar bredvid varandra, grafenet böjer sig runt partiklarna och sträcks ut i gapet mellan partiklarna. När ljus faller på grafen, den är spridd i olika omfattning från de ansträngda och otränade delarna av grafenet.

"Lyckligtvis, den spända delen av grafenen ligger också i samma område som det plasmoniska elektriska fältet – i hålrummet mellan de två prickarna. Detta gör att vi kan jämföra mängden ljus som sprids av plasmonhålan och den omgivande regionen, och härleda en kvantitet för förbättringen från den plasmoniska antennkaviteten.

"Ljuset som sprids från det ansträngda grafenet kan vara 1000 gånger starkare än ljuset från det omgivande grafenet."