Las propiedades únicas del grafeno pueden ser tanto una bendición como una maldición para los investigadores, especialmente para aquellos que se encuentran en la intersección de las aplicaciones ópticas y electrónicas. Estas láminas gruesas de un solo átomo presentan electrones altamente móviles en sus perfiles flexibles, lo que las convierte en excelentes conductores, pero enlas láminas de grafeno generales no interactúan con la luz de manera eficiente.
Problema para la luz de longitud de onda más corta, fotones en la región del infrarrojo cercano del espectro, donde las aplicaciones de telecomunicaciones se vuelven realizables. En un artículo publicado esta semana en la revista letras ópticas , de The Optical Society OSA, investigadores de la Universidad Técnica de Dinamarca han demostrado, por primera vez, una mejora de la absorción eficiente a una longitud de onda de 2 micrómetros por el grafeno, específicamente por los plasmones de discos de grafeno a nanoescala.
Al igual que las ondas de agua que surgen de la energía de un guijarro que se cae, las oscilaciones electrónicas pueden surgir en electrones de conducción que se mueven libremente al absorber energía luminosa. Los movimientos colectivos y coherentes resultantes de estos electrones se denominan plasmones, que también sirven para amplificar la fuerza deel campo eléctrico de la luz absorbida en las proximidades. Los plasmones se están volviendo cada vez más comunes en diversas aplicaciones optoelectrónicas donde los metales altamente conductores pueden integrarse fácilmente.
Los plasmones de grafeno, sin embargo, enfrentan un conjunto adicional de desafíos desconocidos para los plasmones de metales a granel. Uno de estos desafíos es la longitud de onda relativamente larga necesaria para excitarlos. Muchos esfuerzos que aprovechan los efectos de mejora de los plasmones en el grafeno han demostrado ser prometedores, pero para luz de baja energía.
"La motivación de nuestro trabajo es impulsar los plasmones de grafeno a longitudes de onda más cortas para integrar los conceptos de plasmones de grafeno con tecnologías maduras existentes", dijo Sanshui Xiao, profesor asociado de la Universidad Técnica de Dinamarca.
Para hacerlo, Xiao, Wang y sus colaboradores se inspiraron en desarrollos recientes en el Centro de Grafeno Nanoestructurado CNG de la universidad, donde demostraron un método de autoensamblaje que da como resultado grandes matrices de nanoestructuras de grafeno. Su método utiliza principalmente la geometría pararefuerzan los efectos del plasmón de grafeno en longitudes de onda más cortas al disminuir el tamaño de las estructuras de grafeno.
Utilizando máscaras litográficas preparadas mediante un método de autoensamblaje basado en copolímeros de bloque, los investigadores crearon matrices de nanodiscos de grafeno. Controlaron el tamaño final de los discos exponiendo la matriz a plasma de oxígeno que se grabó en los discos, lo que trajo el diámetro promediohasta aproximadamente 18 nm. Esto es aproximadamente 1000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano.
La matriz de discos de aproximadamente 18 nm, resultante de 10 segundos de grabado con plasma de oxígeno, mostró una resonancia clara con luz de longitud de onda de 2 micrómetros, la resonancia de longitud de onda más corta jamás observada en plasmones de grafeno.
Una suposición podría ser que tiempos de grabado más largos o máscaras litográficas más finas, y por lo tanto discos más pequeños, resultarían en longitudes de onda aún más cortas. En términos generales, esto es cierto, pero a 18 nm los discos ya comienzan a requerir consideración de detalles atómicos y efectos cuánticos.
En cambio, el equipo planea sintonizar las resonancias de plasmón de grafeno a escalas más pequeñas en el futuro utilizando métodos de activación eléctrica, donde la concentración local de electrones y el perfil del campo eléctrico alteran las resonancias.
Xiao dijo: "Para impulsar aún más los plasmones de grafeno a longitudes de onda más cortas, planeamos utilizar la compuerta eléctrica. En lugar de discos de grafeno, se elegirán antídotos de grafeno es decir, láminas de grafeno con agujeros regulares porque es fácil implementar una compuerta traseratécnica."
También existen límites fundamentales para la física que evitan que se acorte la longitud de onda de la resonancia del plasmón de grafeno con más grabado. "Cuando la longitud de onda se acorta, la transición entre bandas pronto desempeñará un papel clave, lo que conducirá a la ampliación de la resonancia. Debido al acoplamiento débilde luz con plasmones de grafeno y este efecto de ampliación, será difícil observar la característica de resonancia ", explicó Xiao.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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