Een groep wetenschappers uit Rusland en Oostenrijk heeft aangetoond dat de interactie tussen plasmonoscillaties in nanogestructureerd grafeen een significante verschuiving veroorzaakt in het verre IR-lichtabsorptiespectrum. plasmonen, collectieve excitaties van elektronen in vaste stoffen, waarvan is aangetoond dat ze hun eigenschappen veranderen onder invloed van het elektrische veld in laagdimensionale materialen, zoals grafeen, daarmee een nieuwe weg inslaan voor een overvloed aan opto-elektronische toepassingen, inclusief sensoren, detectoren, stralingsbronnen en vele andere. De bevindingen zullen het mogelijk maken plasmonspectra te modelleren en de modelleringsresultaten in opto-elektronica te gebruiken. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in ACS Fotonica .

Plasmonspectra in geïsoleerde grafeen-nanostrips is een grondig onderzocht gebied. Maar om daadwerkelijke opto-elektronische apparaten efficiënt te laten werken, het grootst mogelijke aantal nanostrips is nodig per lengte-eenheid, zodat grafeen zoveel mogelijk van het substraatoppervlak bedekt. Tot voor kort, de optische spectra van dergelijke systemen werden bij benadering beschreven en beschouwd als een verzameling niet-interagerende plasmonen binnen een individuele nanostrip - een benadering die de dominante oscillatiemodusfrequentie in een geïsoleerde nanostrip berekent met een fout van meer dan 10 procent en niet in staat is om subtielere effecten vastleggen in grafeen, zoals stralingsverbreding van de absorptiespectra.

De wetenschappers ontdekten dat de elektrische interacties tussen plasmonen resulteren in een substantiële verschuiving in het verre IR-absorptiespectrum ten opzichte van het plasmonspectrum in een geïsoleerde nanostrip. De studie onthulde ook een significante verbreding van de absorptiespectra van de nanostrips als gevolg van terugstraling van de geabsorbeerde energie. Als er goed rekening mee wordt gehouden, dit effect zorgt voor een zeer hoge nauwkeurigheid bij het bepalen van de parameters van het nanostrip grafeen, zoals het Fermi-niveau en de elektronenbotsingsfrequentie. De door de auteurs voorgestelde absorptiespectrumanalysemethode kan worden gebruikt om de subtiele factoren te bestuderen die de geleidbaarheid van grafeen en andere tweedimensionale materialen beïnvloeden.

De grafeenmonsters die in het onderzoek zijn gebruikt, zijn geleverd door Graphenea (Spanje).

"Vanwege de interacties tussen plasmonen, de grafeenabsorptiespectra bestrijken het verre IR-spectrum (fotonenergieën variërend van 10 meV tot 200 meV), die overeenkomt met de oscillatiespectra van de meeste biologische moleculen. Dit opent nieuwe perspectieven voor het ontwerpen en vervaardigen van op grafeen gebaseerde biosensoren, ", zegt de studieleider en Skoltech-medewerker Vyacheslav Semenenko.