En grupp forskare från Ryssland och Österrike har visat att interaktionen mellan plasmonoscillationer i nanostrukturerad grafen orsakar en betydande förändring i det avlägsna IR-ljusabsorptionsspektrumet. Plasmoner, kollektiva excitationer av elektroner i fasta ämnen, visades förändra deras egenskaper under påverkan av det elektriska fältet i lågdimensionella material, som grafen, därmed bryta ny mark för en uppsjö av optoelektroniska applikationer, inklusive sensorer, detektorer, strålningskällor och många andra. Resultaten kommer att göra det möjligt att modellera plasmonspektra och använda modelleringsresultaten inom optoelektronik. Resultaten av studien publicerades i ACS Fotonik .

Plasmonspektra i isolerade grafennanostrips är ett grundligt undersökt område. Men för att faktiska optoelektroniska enheter ska fungera effektivt, största möjliga antal nanostrips krävs per längdenhet så att grafen täcker så mycket av substratytan som möjligt. Tills nyligen, de optiska spektra för sådana system beskrevs på ett ungefärligt sätt och betraktades som en sammansättning av icke-interagerande plasmoner inom en enskild nanoremsa - ett tillvägagångssätt som beräknar den dominerande oscillationsmodsfrekvensen i en isolerad nanoremsa med ett fel på över 10 procent och som inte kan fånga subtilare effekter i grafen, såsom strålningsbreddning av absorptionsspektra.

Forskarna upptäckte att de elektriska interaktionerna mellan plasmoner resulterar i en betydande förskjutning i det avlägsna IR-absorptionsspektrumet med hänvisning till plasmonspektrumet i en isolerad nanostrip. Studien avslöjade också en signifikant breddning av nanoremsornas absorptionsspektra till följd av återutstrålning av den absorberade energin. Om man tar rätt hänsyn, denna effekt säkerställer mycket hög noggrannhet vid bestämning av parametrarna för nanostrip-grafen, såsom Fermi-nivån och elektronkollisionsfrekvensen. Den metod för analys av absorptionsspektrum som författarna har lagt fram kan användas för att studera de subtila faktorerna som påverkar konduktiviteten hos grafen och andra tvådimensionella material.

Grafenproverna som användes i studien levererades av Graphenea (Spanien).

"På grund av interaktionerna mellan plasmoner, grafenabsorptionsspektra täcker det avlägsna IR-spektrumet (fotonenergier som sträcker sig från 10 meV till 200 meV), som matchar oscillationsspektra för de flesta biologiska molekyler. Detta öppnar upp för nya vyer för att designa och tillverka grafenbaserade biosensorer, " säger studieledaren och Skoltech-anställde Vyacheslav Semenenko.