Graphene plasmonics - Graphene plasmonics
Grafen er et 2D nanoskjema med tynn atomtykkelse i form av 0,34 nm. På grunn av den ultratynne tykkelsen viste grafen mange egenskaper som er ganske forskjellige fra deres kollektive grafitt-kolleger. De mest fremtredende fordelene er kjent for å være deres høye elektronmobilitet og høye mekaniske styrke. Dermed viser det potensial for applikasjoner innen optikk og elektronikk, spesielt for utvikling av bærbare enheter som fleksible underlag. Enda viktigere, den optiske absorpsjonshastigheten til grafen er 2,3% i det synlige og nær-infrarøde området. Denne bredbåndsabsorpsjonskarakteristikken vakte også stor oppmerksomhet fra forskningsmiljøet for å utnytte de grafenbaserte fotodetektorene / modulatorene.
Plasmoner er kollektive elektronoscillasjoner som vanligvis blir begeistret på metalloverflater av en lyskilde. Dopede grafenlag har også vist lignende overflateplasmoneffekter som for tynne metallfilmer. Gjennom konstruksjon av metalliske substrater eller nanopartikler (f.eks. Gull, sølv og kobber) med grafen, kan plasmoniske egenskaper til hybridstrukturene innstilles for å forbedre ytelsen til den optoelektroniske enheten. Det er verdt å merke seg at elektronene ved metallstrukturen kan overføres til grafenledningsbåndet. Dette tilskrives nullbåndgapegenskapen til grafen nanosheet.
Grafenplasmoner kan også kobles fra omgivelsene og gi opphav til ekte Dirac-plasmon ved lavenergiområde der bølgelengdene overstiger dempingslengden. Disse grafenplasma-resonansene er observert i GHz-THz elektroniske domene.
Graphene plasmonics er et fremvoksende forskningsfelt som vekker stor interesse og har allerede resultert i en lærebok.
applikasjon
Når plasmonene var resonante ved grafen / metalloverflaten, ville det bli indusert et sterkt elektrisk felt som kunne forbedre genereringen av elektronhullpar i grafenlaget. De glade elektronbærertallene økte lineært med feltintensiteten basert på Fermis regel. De induserte ladningsbærerne av metall / grafen hybrid nanostruktur kan være opptil 7 ganger høyere enn for uberørte grafen på grunn av plasmonisk forbedring.
Så langt har grafenplasmiske effekter blitt demonstrert for forskjellige applikasjoner, alt fra lysmodulering til biologisk / kjemisk sensing. Høyhastighets fotodeteksjon ved 10 Gbit / s basert på grafen og 20 ganger forbedring av påvisningseffektiviteten gjennom grafen / gull nanostruktur ble også rapportert. Grafenplasmonika betraktes som gode alternativer til edelmetallplasmoner ikke bare på grunn av deres kostnadseffektivitet for produksjon i stor skala, men også ved høyere inneslutning av plasmonikken ved grafenoverflaten. De forbedrede interaksjonene mellom lys og materie kan videre optimaliseres og justeres gjennom elektrostatisk inngangsport. Disse fordelene med grafenplasmonikk banet vei for å oppnå deteksjon av enkeltmolekyler og eksitasjon av enkeltplasmon.