Un grupo de científicos de Rusia y Austria ha demostrado que la interacción entre las oscilaciones de plasmón en el grafeno nanoestructurado provoca un cambio significativo en el espectro de absorción de luz IR lejano. Plasmones, excitaciones colectivas de electrones en sólidos, demostraron cambiar sus propiedades bajo la influencia del campo eléctrico en materiales de baja dimensión, como el grafeno, abriendo así nuevos caminos para una plétora de aplicaciones optoelectrónicas, incluyendo sensores, detectores, fuentes de radiación y muchas otras. Los hallazgos permitirán modelar los espectros de plasmones y utilizar los resultados del modelado en optoelectrónica. Los resultados del estudio se publicaron en Fotónica ACS .

Los espectros de plasmones en nanobandas de grafeno aisladas son un área de investigación exhaustiva. Pero para que los dispositivos optoelectrónicos reales funcionen de manera eficiente, Se requiere el mayor número posible de nanobandas por unidad de longitud para que el grafeno cubra la mayor parte posible del área del sustrato. Hasta hace poco, Los espectros ópticos de tales sistemas se describieron de manera aproximada y se consideraron como un conjunto de plasmones que no interactúan dentro de una nanobanda individual:un enfoque que calcula la frecuencia del modo de oscilación dominante en una nanobanda aislada con un error de más del 10 por ciento y no puede capturar efectos más sutiles en el grafeno, como el ensanchamiento de radiación de los espectros de absorción.

Los científicos descubrieron que las interacciones eléctricas entre los plasmones dan como resultado un cambio sustancial en el espectro de absorción de IR lejano con referencia al espectro de plasmones en una nanobanda aislada. El estudio también reveló una ampliación significativa de los espectros de absorción de las nanobandas como resultado de la re-radiación de la energía absorbida. Si se tiene debidamente en cuenta, este efecto asegura una precisión muy alta en la determinación de los parámetros del grafeno de nanobanda, como el nivel de Fermi y la frecuencia de colisión de electrones. El método de análisis del espectro de absorción propuesto por los autores se puede utilizar para estudiar los factores sutiles que influyen en la conductividad del grafeno y otros materiales bidimensionales.

Las muestras de grafeno utilizadas en el estudio fueron suministradas por Graphenea (España).

"Debido a las interacciones entre plasmones, los espectros de absorción de grafeno cubren el espectro IR lejano (energías de fotones que van desde 10 meV a 200 meV), que coincide con los espectros de oscilación de la mayoría de las moléculas biológicas. Esto abre nuevas perspectivas para diseñar y fabricar biosensores basados ​​en grafeno, ", dice el líder del estudio y empleado de Skoltech, Vyacheslav Semenenko.