Plasma acustică Progress Graphene deschide calea pentru aplicații optoelectronice

Nano-vârful iluminat cu laser excită plasmina grafen acustic în stratul dintre grafen și aur / aluminiu. Credit: profesorul Min Seok Jang / KAIST

Primele imagini ale undelor optice cu infraroșu mediu au fost comprimate de 1.000 de ori capturate folosind un microscop optic lângă câmpul de scanare de tipul de împrăștiere extrem de sensibil.

KAIST cercetătorii și colaboratorii lor din țară și străinătate au demonstrat cu succes o nouă metodologie pentru imagistica optică directă în domeniul acusticii grafen câmpuri plasmonice. Această strategie va oferi o descoperire pentru aplicațiile practice ale platformelor acustice cu grafen cu plasmă în dispozitivele optoelectronice de ultimă generație, performante, bazate pe grafen, cu interacțiuni îmbunătățite ale materiei luminoase și pierderi mai mici de împrăștiere.

Recent s-a demonstrat că „plasmele de grafen” – oscilațiile colective ale electronilor liberi din grafen însoțite de unde electromagnetice de lumină – pot fi folosite pentru a bloca și comprima undele optice într-un strat dielectric foarte subțire care separă grafenul de o folie. Într-o astfel de configurație, electronii de conductivitate a grafenului sunt „reflectați” în metal, astfel încât atunci când undele luminoase „împing” electronii în grafen, încărcările lor de imagine pe metal încep să oscileze. Acest nou tip de mod de oscilație electronică colectivă se numește „grafen acustic plasmonic (AGP)”.

Existența AGP putea fi observată anterior numai prin metode indirecte, cum ar fi spectroscopia în infraroșu de câmp și cartografierea fotocurentului. Această observație indirectă a fost prețul pe care cercetătorii au trebuit să-l plătească pentru compresia puternică a undelor optice în structurile nanometrice subțiri. Se credea că intensitatea câmpurilor electromagnetice din afara dispozitivului era insuficientă pentru imagini optice directe în vecinătatea câmpului AGP.

Provocate de aceste limitări, trei grupuri de cercetare și-au combinat eforturile pentru a reuni o tehnică experimentală unică folosind metode avansate de nanofabricare. Descoperirile lor au fost publicate în Comunicări despre natură.

Sergey G. Menabde și profesorul Min Seok Jang

Cercetător postdoctoral Sergey G. Menabde (stânga) și profesorul Min Seok Yang (dreapta). Credit: KAIST

O echipă de cercetare KAIST condusă de profesorul Min Seok Yang de la Școala de Inginerie Electrică a folosit un microscop optic lângă câmpul de scanare de tip scattering foarte sensibil (s-SNOM) pentru a măsura direct câmpurile optice ale undelor AGP care se propagă într-un ghid de undă subțire nanometric, văzând pentru prima dată de o mie de ori compresia luminii în infraroșu mediu.

Profesorul Young și un cercetător post-doc din grupul său, Sergey G. Menabde, au obținut cu succes imagini directe ale undelor AGP, profitând de defalcarea rapidă, dar permanentă a câmpului electric peste grafen. Au arătat că AGP-urile sunt detectabile chiar și atunci când cea mai mare parte a energiei lor curge în interiorul dielectricului de sub grafen.

Acest lucru a fost posibil datorită suprafețelor ultra-netede din interiorul nano-ondulatoarelor unde undele plasmonice se pot propaga pe distanțe mai mari. Modalitatea AGP investigată de cercetători a fost de până la 2,3 ori mai limitată și a afișat o cifră de merit de 1,4 ori mai mare în ceea ce privește lungimea de propagare normalizată comparativ cu plasmonul de suprafață al grafenului în condiții similare.

Aceste nanostructuri ultra-netede de ghid de undă utilizate în experiment au fost create folosind o metodă de eliminare a modelului de către profesorul Sang-Hyun Oh și un cercetător postdoctoral, In-Ho Lee, de la Departamentul de Inginerie Electrică și Calculatoare de la Universitatea din Minnesota.

Profesorul Young Hee Lee și cercetătorii săi de la Centrul de Fizică Integrată a Nanostructurii (CINAP) al Institutului de Științe de Bază (IBS) de la Universitatea Sungkyunkwan au sintetizat grafen cu o structură monocristalină, iar acest grafen de înaltă calitate, cu suprafață mare, a permis plasmă scăzută proliferare.

Proprietățile chimice și fizice ale multor molecule organice importante pot fi detectate și evaluate prin semnăturile lor absorbante din spectrul infraroșu mediu. Cu toate acestea, metodele convenționale de detectare necesită un număr mare de molecule pentru detectarea cu succes, în timp ce câmpurile AGP ultra-comprimate pot furniza interacțiuni puternice de materie ușoară la nivel microscopic, îmbunătățind astfel semnificativ sensibilitatea de detectare până la o singură moleculă.

Mai mult, studiul realizat de profesorul Young și echipa a demonstrat că AGP-urile cu infraroșu sunt în esență mai puțin sensibile la pierderile de grafen din cauza câmpurilor limitate în primul rând în dielectric. Rezultatele raportate ale echipei de cercetare sugerează că AGP-urile ar putea deveni o platformă promițătoare pentru dispozitivele optoelectronice pe bază de grafen care suferă în mod regulat de niveluri mai ridicate de absorbție a grafenului, cum ar fi suprafețele metasuperfice, comutatoarele optice, fotovoltaice și alte aplicații optoelectronice care funcționează la frecvențe infraroșii.

Profesorul Young a spus: „Cercetările noastre au constatat că câmpurile electromagnetice ultra-comprimate ale plasmonelor acustice de grafen pot fi realizate direct prin metode de microscopie optică în câmp apropiat. Sper că această realizare va motiva alți cercetători să aplice AGP la diferite probleme. Unde interacțiunile puternice ale luminii sunt necesare materii și pierderi mai mici de difuzie. “

Referință: „Imagini spațiale reale de plasmoni acustici în grafen cu suprafață mare crescută prin depunerea chimică a vaporilor” de Sergey G. Menabde, In-Ho Lee, Sanghyub Lee, Heonhak Ha, Jacob T. Heiden, Daehan Yoo, Teun-Teun Kim , Tony Low, Young Hee Lee, Sang-Hyun Oh și Min Seok Jang, 19 februarie 2021, Comunicări despre natură.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21193-5

Această cercetare a fost finanțată în principal de Samsung Electronics Samsung Research and Financing Incubation Center. Fundația Națională pentru Cercetare din Coreea (NRF), Fundația Națională pentru Științe din SUA (NSF), Programul Global de Cercetare (GRO) al Samsung și Institutul Coreean de Științe de Bază (IBS) au susținut, de asemenea, lucrările.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.