Un gruppo di scienziati russi e austriaci ha dimostrato che l'interazione tra le oscillazioni plasmoniche nel grafene nanostrutturato provoca uno spostamento significativo nello spettro di assorbimento della luce IR lontana. plasmoni, Eccitazioni collettive di elettroni nei solidi, hanno dimostrato di cambiare le loro proprietà sotto l'influenza del campo elettrico in materiali a bassa dimensionalità, come il grafene, aprendo così un nuovo terreno per una pletora di applicazioni optoelettroniche, compresi i sensori, rilevatori, sorgenti di radiazioni e molti altri. I risultati consentiranno la modellazione degli spettri plasmonici e l'utilizzo dei risultati della modellazione nell'optoelettronica. I risultati dello studio sono stati pubblicati in Fotonica ACS .

Gli spettri plasmonici nelle nanostrisce di grafene isolate sono un'area di ricerca approfondita. Ma affinché i dispositivi optoelettronici reali funzionino in modo efficiente, è richiesto il maggior numero possibile di nanostrisce per unità di lunghezza in modo che il grafene copra la maggior parte possibile dell'area del substrato. Fino a poco tempo fa, gli spettri ottici di tali sistemi sono stati descritti in modo approssimativo e considerati come un insieme di plasmoni non interagenti all'interno di una singola nanostriscia ‒ un approccio che calcola la frequenza della modalità di oscillazione dominante in una nanostriscia isolata con un errore di oltre il 10 percento e non è in grado di catturare effetti più sottili nel grafene, come l'allargamento della radiazione degli spettri di assorbimento.

Gli scienziati hanno scoperto che le interazioni elettriche tra i plasmoni determinano uno spostamento sostanziale nello spettro di assorbimento dell'infrarosso lontano rispetto allo spettro dei plasmoni in una nanostriscia isolata. Lo studio ha anche rivelato un significativo ampliamento degli spettri di assorbimento delle nanostrisce risultante dalla retro-irradiazione dell'energia assorbita. Se adeguatamente tenuto in considerazione, questo effetto garantisce un'elevatissima precisione nella determinazione dei parametri della nanostriscia di grafene, come il livello di Fermi e la frequenza di collisione degli elettroni. Il metodo di analisi dello spettro di assorbimento proposto dagli autori può essere utilizzato per studiare i fattori sottili che influenzano la conduttività del grafene e di altri materiali bidimensionali.

I campioni di grafene utilizzati nello studio sono stati forniti da Graphenea (Spagna).

"A causa delle interazioni tra i plasmoni, gli spettri di assorbimento del grafene coprono lo spettro IR lontano (energie dei fotoni che vanno da 10 meV a 200 meV), che corrisponde agli spettri di oscillazione della maggior parte delle molecole biologiche. Questo apre nuove prospettive per la progettazione e la produzione di biosensori a base di grafene, ", afferma il responsabile dello studio e dipendente di Skoltech Vyacheslav Semenenko.