Плазмоны графена превратили инфракрасный свет среднего спектра в электрические сигналы

Москва, 10:55, 20 Сен 2018, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.

Команда исследователей разработала устройство, использующее графен для обнаружения света средней инфракрасной области спектра и превращения его в электрический сигнал при комнатной температуре. Прорыв может привести к улучшению систем связи, тепловизоров и других технологий.

Проект, представленный в Nature Materials, стал результатом сотрудничества лабораторий профессора Фэнняна Ся из Йельского университета и Ф. Хавьера Гарсии де Абахо из испанского Института фотонных наук (ICFO), сообщает phys.org.

Средний ИК-спектр, 8-14 мкм, очень полезен для создания тепловых изображений и получения молекулярной спектроскопической информации. Такое излучение также может распространяться в воздухе без серьезных потерь, что указывает на его потенциал в связи и удаленном сборе данных. Но современные детекторы ИК-света среднего спектра, рассчитанные на комнатную температуру, обычно очень медленно работают. Исследователи решили эту проблему за счет уникальных свойств графена и его плазмона – кванта коллективных электронных колебаний структуры.

«Материал может преобразовывать свет в плазмоны, а их – в тепло, — сказал Цюши Го, первый автор работы и сотрудник лаборатории Ся. – Уникальность графена в том, что повышение температуры электрона, вызванное распадом плазмона, намного больше, чем в других материалах».

При нормальных условиях продукт нечувствителен к температуре, из-за чего электрическое обнаружение ИК-света среднего диапазона становится очень сложным, если не происходит при сильном холоде. В этой работе исследователи создали устройство с плазмонными резонаторами в виде графеновых дисков, соединенных квази-одномерными нанолентами. Оно эффективно выявляет ИК-излучение среднего спектра при комнатной температуре.

«В отличие от листового графена, в нанолентах передача электронов сильно зависит от их тепловой энергии, — объяснил Го. – Существующие аналоги обладают большой теплоемкостью и обычно требуют нескольких миллисекунд для нагрева. В нашем устройстве процесс занимает наносекунду».