Resonansabsorption: Grafen nanostrukturer kan uppvisa resonansabsorption av infrarött ljus på grund av deras plasmoniska egenskaper. Plasmoner är kollektiva oscillationer av fria elektroner som kan exciteras av infallande ljus med specifika frekvenser. När frekvensen av infrarött ljus matchar resonansfrekvensen för grafen nanostrukturer, leder det till förbättrad absorption. Resonansabsorptionen kan justeras ytterligare genom att kontrollera storleken, formen och arrangemanget av grafennanostrukturer.
Ytplasmonresonans: Ytplasmonresonans (SPR) är ett fenomen som uppstår när infrarött ljus interagerar med metall-dielektriska gränssnitt. Grafen, som är en halvmetall, kan också stödja SPR. När infrarött ljus träffar en grafennanostruktur exciterar det ytplasmoner, som fortplantar sig längs grafenytan och interagerar med det infallande ljuset. Denna interaktion leder till förbättrad absorption och inneslutning av infrarött ljus inom grafennanostrukturen.
Interbandsövergångar: Grafen består av ett enda lager av kolatomer arrangerade i ett hexagonalt gitter. Den elektroniska bandstrukturen hos grafen uppvisar en unik egenskap som kallas Dirac-konen, vilket resulterar i masslösa laddningsbärare. Dessa laddningsbärare kan exciteras från valensbandet till ledningsbandet genom att absorbera infraröda fotoner. Interbandsövergångarna i grafen ger en annan mekanism för att fånga infrarött ljus.
Förbättrad ljus-materia-interaktion: Den tvådimensionella karaktären hos grafennanostrukturer möjliggör stark interaktion mellan ljus och materia. Grafen har ett högt förhållande mellan ytarea och volym, vilket ökar sannolikheten för interaktion mellan infrarött ljus och grafenatomer. Denna förbättrade interaktion mellan ljus och materia bidrar till effektiv absorption och infångning av infraröd strålning.
Inställningsbara egenskaper: Egenskaperna hos grafennanostrukturer, såsom deras storlek, form, dopningsnivå och staplingskonfiguration, kan skräddarsys för att optimera deras interaktion med infrarött ljus. Genom att konstruera dessa parametrar är det möjligt att uppnå selektiv och effektiv infångning av specifika infraröda våglängder.
Genom att kombinera dessa mekanismer erbjuder grafennanostrukturer lovande möjligheter för att fånga och använda infrarött ljus i olika applikationer, inklusive värmeavbildning, infraröd avkänning, energiskörd och optoelektronik.
