Kemajuan Graphene Acoustic Plasmones Membuka Jalan untuk Aplikasi Optoelektronik

Ujung nano yang diterangi laser menggairahkan graphene akustik plasma di lapisan antara graphene dan emas / alumina. Kredit: Profesor Min Seok Jang / KAIST

Gambar pertama gelombang optik sedang hingga inframerah dikompresi 1000 kali ditangkap dengan mikroskop optik pemindaian jenis difusi yang sangat sensitif.

KAIST peneliti dan kolega di dalam dan luar negeri telah berhasil mendemonstrasikan metodologi baru untuk pencitraan optik langsung di dekat bidang akustik. graphene bidang plasmon. Strategi ini akan memberikan terobosan untuk aplikasi praktis platform akustik graphene plasmonic pada perangkat optoelektronik berbasis graphene generasi mendatang, berkinerja tinggi, dengan interaksi bahan cahaya yang ditingkatkan dan kehilangan propagasi yang lebih rendah.

Baru-baru ini telah ditunjukkan bahwa ‘grafena plasmonik’ – osilasi kolektif elektron bebas dalam graphene yang digabungkan dengan gelombang cahaya elektromagnetik – dapat digunakan untuk menjebak dan memampatkan gelombang optik dalam lapisan dielektrik yang sangat tipis yang memisahkan graphene dari foil logam. Dalam konfigurasi seperti itu, elektron konduksi graphene “dipantulkan” ke dalam logam, jadi ketika gelombang cahaya “mendorong” elektron ke graphene, muatan gambar logamnya juga mulai berosilasi. Tipe baru dari mode osilasi elektronik kolektif ini disebut “akustik plasmon graphene (AGP)”.

Keberadaan AGP dapat diamati pertama kali hanya dengan metode tidak langsung seperti spektroskopi inframerah medan jauh dan pemetaan arus foto. Pengamatan tidak langsung ini adalah harga yang harus dibayar para peneliti untuk kompresi kuat gelombang optik menjadi struktur nanometrik tipis. Diyakini bahwa intensitas medan elektromagnetik di luar perangkat tidak cukup untuk pencitraan medan optik langsung di dekat AGP.

Tertantang oleh keterbatasan ini, tiga kelompok penelitian telah bergabung untuk menyatukan teknik eksperimental yang unik menggunakan metode fabrikasi nano tingkat lanjut. Hasilnya dipublikasikan di Komunikasi Alam.

Sergey G. Menabde dan Profesor Min Seok Jang

Peneliti pasca doktor Sergey G. Menabde (Kiri) dan Profesor Min Seok Jang (Kiri). Kredit: KAIST

Sebuah tim peneliti KAIST yang dipimpin oleh Profesor Min Seok Jang dari Sekolah Teknik Elektro menggunakan mikroskop pemindaian jenis difusi yang sangat sensitif (s-SNOM) untuk secara langsung mengukur bidang optik gelombang AGP yang merambat dalam pandu gelombang tipis nanometer, memvisualisasikan kompresi seribu kali cahaya inframerah rata-rata untuk pertama kalinya.

Profesor Jang dan peneliti pasca-dok dari kelompoknya, Sergey G. Menabde, telah berhasil memperoleh gambar langsung dari gelombang AGP yang memanfaatkan medan listrik yang menurun dengan cepat tetapi masih ada di atas graphene. Mereka telah menunjukkan bahwa AGP dapat dideteksi bahkan ketika sebagian besar energinya mengalir di dalam dielektrik di bawah graphene.

Hal ini menjadi mungkin karena permukaan ultra-halus di pandu gelombang nano di mana gelombang plasmonik dapat merambat dalam jarak yang lebih jauh. Mode AGP yang diuji oleh para peneliti mencapai 2,3 kali lebih sempit dan menunjukkan angka manfaat 1,4 kali lebih tinggi dalam hal panjang propagasi yang dinormalisasi dibandingkan dengan plasmon permukaan graphene dalam kondisi serupa.

Struktur nano ultra-halus dari pandu gelombang yang digunakan dalam eksperimen ini dibuat menggunakan metode model stripping oleh Profesor Sang-Hyun Oh dan peneliti pasca-dok, In-Ho Lee, dari Departemen Teknik Listrik dan Komputer, Universitas Minnesota.

Profesor Young Hee Lee dan para peneliti di Center for Integrated Nanostructure Physics (CINAP) dari Institute of Basic Sciences (IBS) Universitas Sungkyunkwan mensintesis graphene dengan struktur monocrystalline, dan kualitas area graphene yang luas ini memungkinkan hilangnya propagasi plasmonik.

Sifat kimia dan fisik dari banyak molekul organik penting dapat dideteksi dan dievaluasi oleh perusahaan penyerapannya pada spektrum inframerah tengah. Namun, metode deteksi konvensional memerlukan sejumlah besar molekul untuk berhasil mendeteksi, sedangkan bidang AGP ultra-kompresi dapat memberikan interaksi materi cahaya yang kuat pada tingkat mikroskopis, sehingga secara signifikan meningkatkan sensitivitas deteksi hingga satu molekul tunggal.

Selain itu, studi yang dilakukan oleh Profesor Jang dan tim menunjukkan bahwa AGP pada infra merah sedang secara intrinsik kurang sensitif terhadap kehilangan graphene karena bidangnya sebagian besar terbatas pada dielektrik. Hasil yang dilaporkan oleh tim peneliti menunjukkan bahwa AGP dapat menjadi platform yang menjanjikan untuk perangkat optoelektronik berdasarkan graphene merdu secara elektrik yang biasanya menderita tingkat penyerapan yang lebih tinggi dalam graphene seperti permukaan metas, sakelar optik, fotovoltaik dan aplikasi optoelektronik lainnya yang mereka operasikan pada frekuensi inframerah .

Profesor Jang berkata: “Penelitian kami telah mengungkapkan bahwa medan elektromagnetik ultra-terkompresi dari plasmon graphene akustik dapat diakses secara langsung dengan menggunakan metode mikroskop optik medan dekat. Saya berharap realisasi ini akan memotivasi peneliti lain untuk menerapkan ‘AGP ke berbagai masalah. di mana interaksi materi cahaya yang kuat dan kehilangan propagasi yang rendah diperlukan ‘.

Referensi: “Pencitraan real-time plasmon akustik dalam graphene besar yang ditumbuhkan oleh deposisi uap kimia” oleh Sergey G. Menabde, In-Ho Lee, Sanghyub Lee, Heonhak Ha, Jacob T. Heiden, Daehan Yoo, Teun-Teun Kim, Tony Low, Young Hee Lee, Sang-Hyun Oh dan Min Seok Jang, 19 Februari 2021, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-021-21193-5

Penelitian ini sebagian besar didanai oleh Samsung Research Funding & Incubation Center of Samsung Electronics. National Research Foundation of Korea (NRF), National Science Foundation of the United States (NSF), Samsung Global Research Outreach Program (GRO), dan Korea Institute of Basic Science (IBS) bahkan telah mendukung pekerjaan.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Skrining sinar-X mengidentifikasi obat yang menjanjikan untuk pengobatan COVID-19

Sebuah tim peneliti, termasuk ilmuwan MPSD, telah mengidentifikasi beberapa kandidat untuk melawan obat tersebut SARS-CoV-2 coronavirus menggunakan sumber cahaya sinar-X PETRA III di German...

Teori konspirasi memengaruhi perilaku kita – bahkan jika kita tidak mempercayainya!

Paling tidak karena COVID-19 pandemi, teori konspirasi lebih relevan dari sebelumnya. Mereka diberitakan dan didiskusikan di hampir semua media dan komunikasi. Tapi...

“Doodle Ringan” Nyata dalam Waktu Nyata

Para peneliti di Tokyo Metropolitan University telah merancang dan menerapkan algoritme yang disederhanakan untuk mengubah garis yang digambar secara bebas menjadi hologram pada CPU...

Teleskop Webb NASA menyertakan tabir surya seukuran lapangan tenis untuk perjalanan jutaan kilometer

Kedua wajah tabir surya James Webb Space Telescope dinaikkan secara vertikal untuk mempersiapkan pelipatan lapisan tabir surya. Kredit: NASA / Chris Gunn Insinyur bekerja...

Mineralogi Hangat Global Mengelola Pusat Perlindungan Kehidupan Batin

Tim lapangan DeMMO dari kiri ke kanan: Lily Momper, Brittany Kruger, dan Caitlin Casar mengambil sampel air yang meledak dari toilet DeMMO. Pendanaan:...

Newsletter

Subscribe to stay updated.