Ученые из России и Австрии показали, что взаимодействия между колебаниями плазмонов в наноструктурированном графене вызывают сильное смещение спектра поглощения света в дальнем инфракрасном диапазоне.
Разработки дают возможность моделировать спектры плазмонов, применяя их в оптоэлектронике и биосенсорике. ACS Photonics.
Коллективные возбуждения электронов в твердых телах, называемые плазмонами, благодаря изменению своих свойств электрическим полем в низкоразмерных материалах, таких как графен, становятся перспективными для применения в различных оптоэлектронных устройствах: сенсорах, детекторах, источниках излучения и других.
Спектральные характеристики плазмонов в изолированных нанолентах графена хорошо изучены. Но для функциональности оптоэлектрических приборов требуется полное покрытие подложки графеном, то есть максимальное количество нанолент на единицу длины. До недавнего времени оптические спектры таких систем описывались приближенно как система независимых плазмонов в отдельной наноленте.
Данный метод при расчёте частоты основной моды колебаний плазмы в отдельной наноленте показывал погрешность свыше 10% и не позволял изучать более тонкие явления, возникающие в графене, например, радиационное уширение спектров поглощения.
Ученые из Сколтеха, руководившие проектом и проводившие теоретические расчеты, совместно с сотрудниками Технологического института Вены провели эксперименты с плазмонами в графене. Результаты показали сильный красный сдвиг спектра поглощения по сравнению со спектром плазмона в изолированной наноленте, связанный с электрическим взаимодействием плазмонов.
Обратное переизлучение поглощённой энергии приводит к заметному уширению спектров поглощения нанолент.
Взяв это во внимание, можно с высокой точностью определять параметры графена, из которого изготовлены наноленты, например: уровень ФермиИ эпохи рассеяния носителей заряда. Предложенный в работе метод анализа спектров поглощения применим для изучения тонких эффектов, воздействующих на проводимость графена и других двухмерных материалов — таковы. электрон-электронного взаимодействия…электронной, или перфорационной, локализации, обусловленной неисправностями, и др.
Спектры поглощения графена от взаимодействия с плазмонами охватывают дальний ИК-диапазон (энергии фотонов 10 меВ — 200 меВ), что совпадает с колебательными спектрами многих биологических молекул. Это открывает возможности для создания биосенсоров, основанных на графене, говорит Вячеслав Семененко, сотрудник Сколтеха и один из ведущих исследователей.
