Ett internationellt forskargrupp har för första gången undersökt de optiska egenskaperna hos tredimensionell nanoporös grafen vid IRIS-infraröda strållinjen i BESSY II elektronlagringsringen. Experimenten visar att de plasmoniska excitationerna (svängningar av laddningstätheten) i detta nya material kan exakt styras av porstorleken och genom att införa atomföroreningar. Detta kan underlätta tillverkningen av mycket känsliga kemiska sensorer.

Kol är ett mycket mångsidigt element. Det bildar inte bara diamanter, grafit, och kol, men kan också ta en plan form som en sexkantig matris - grafen. Detta material, som endast består av ett enda atomskikt, har många extrema egenskaper. Det är mycket ledande, optiskt transparent, och är mekaniskt flexibel och klarar belastningar. André Geim och Konstantin Novoselov fick Nobelpriset i fysik 2010 för upptäckten av denna exotiska form av kol. Och nyligen, ett japanskt team har lyckats stapla tvådimensionella grafenlager i en tredimensionell arkitektur med porer i nanometerstorlek.

Avstämbara plasmoner

En forskargrupp som drivs av en grupp vid Sapienza University i Rom har nu för första gången gjort en detaljerad undersökning av de optiska egenskaperna hos 3D -grafen på BESSY II. Teamet kunde utifrån data fastställa hur svängningar av laddningstäthet, känd som plasmoner, föröka sig i tredimensionell grafen. Genom att göra så, de bestämde att dessa plasmoner följer samma fysiska lagar som 2D -grafen. Dock, plasmonernas frekvens i 3D -grafen kan kontrolleras mycket exakt, antingen genom att införa atomföroreningar (dopning), med storleken på nanoporerna, eller genom att fästa specifika molekyler på vissa sätt till grafen. På det här sättet, det nya materialet kan också lämpa sig för tillverkning av specifika kemiska sensorer, som författarna skriver in Naturkommunikation . Dessutom, det nya materialet är intressant som elektrodmaterial för sysselsättning i solceller.

Fördelar med IRIS -strålen

Forskarna använde IRIS -strållinjen vid BESSY II -synkrotronkällan i Berlin till sin fördel för sina undersökningar. Bredband infraröd finns där, vilket särskilt underlättar spektroskopisk analys av nya material med terahertz -strålning. "Ett speciellt driftsläge för BESSY II-lagringsringen kallad lågalfa tillät oss att mäta den optiska konduktiviteten hos tredimensionell grafen med ett särskilt högt signal-brusförhållande. Detta är knappast möjligt med standardmetoder, särskilt i terahertzregionen. Dock, det är just denna region som är viktig för att observera kritiska fysiska egenskaper ", säger Dr Ulrich Schade, chef för gruppen vid den infraröda strålen.