Assorbimento risonante: Le nanostrutture di grafene possono mostrare un assorbimento risonante della luce infrarossa a causa delle loro proprietà plasmoniche. I plasmoni sono oscillazioni collettive di elettroni liberi che possono essere eccitati dalla luce incidente di frequenze specifiche. Quando la frequenza della luce infrarossa corrisponde alla frequenza di risonanza delle nanostrutture di grafene, ciò porta ad un maggiore assorbimento. L’assorbimento risonante può essere ulteriormente regolato controllando la dimensione, la forma e la disposizione delle nanostrutture di grafene.
Risonanza plasmonica superficiale: La risonanza plasmonica superficiale (SPR) è un fenomeno che si verifica quando la luce infrarossa interagisce con le interfacce metallo-dielettrico. Il grafene, essendo un semimetallo, può anche supportare l’SPR. Quando la luce infrarossa colpisce una nanostruttura di grafene, eccita i plasmoni di superficie, che si propagano lungo la superficie del grafene e interagiscono con la luce incidente. Questa interazione porta ad un migliore assorbimento e confinamento della luce infrarossa all’interno della nanostruttura del grafene.
Transizioni interbanda: Il grafene è costituito da un singolo strato di atomi di carbonio disposti in un reticolo esagonale. La struttura a bande elettroniche del grafene presenta una caratteristica unica chiamata cono di Dirac, che si traduce in portatori di carica privi di massa. Questi portatori di carica possono essere eccitati dalla banda di valenza alla banda di conduzione assorbendo fotoni infrarossi. Le transizioni interbanda nel grafene forniscono un altro meccanismo per catturare la luce infrarossa.
Interazione luce-materia migliorata: La natura bidimensionale delle nanostrutture di grafene consente una forte interazione luce-materia. Il grafene ha un elevato rapporto superficie-volume, che aumenta la probabilità di interazione tra la luce infrarossa e gli atomi di grafene. Questa migliorata interazione luce-materia contribuisce all’assorbimento e alla cattura efficienti della radiazione infrarossa.
Proprietà sintonizzabili: Le proprietà delle nanostrutture di grafene, come dimensione, forma, livello di drogaggio e configurazione di impilamento, possono essere personalizzate per ottimizzare la loro interazione con la luce infrarossa. Progettando questi parametri, è possibile ottenere la cattura selettiva ed efficiente di specifiche lunghezze d'onda dell'infrarosso.
Combinando questi meccanismi, le nanostrutture di grafene offrono capacità promettenti per catturare e utilizzare la luce infrarossa in varie applicazioni, tra cui l’imaging termico, il rilevamento a infrarossi, la raccolta di energia e l’optoelettronica.
