Поверхностные плазмоны позволяют найти границы отдельных фрагментов в графене

Схематическое изображение принципов работы новой исследовательской методики. Схематическое изображение принципов работы новой исследовательской методики.

Совместная группа ученых из США, Германии, Сингапура и Испании разработала новую методику отображения границ отдельных фрагментов кристалла в графене с помощью анализа рассеивания поверхностных плазмонов на этих дефектах.

Исследования показывают, что

эти границы, которые часто наблюдаются в графене, выращенном методом химического осаждения из парообразного состояния, действуют, как барьеры около 10–20 нм в диаметре, обуславливающие низкую подвижность электронов. Как показала новая методика,

в будущем эти границы могут быть использованы в качестве перестраиваемого «отражателя плазмонов» или «замедлителя фазы» в плазмонных схемах на основе графена.

Графен, слой атомов углерода, образующих двумерную гексагональную решетку, рассматривается наукой, как весьма перспективный материал для создания молекулярных электронных устройств будущего, благодаря своим уникальным электронным и механическим свойствам.

Среди этих свойств: чрезвычайно высокая электропроводность, а также исключительная прочность.

Листы графена без дефектов обладают наилучшими механическими и электронными свойствами, но современные методики синтеза достаточно больших по площади листов этого материала неизбежно оставляют дефекты – границы между отдельными кристаллическими фрагментами, которые можно сравнить со швами на лоскутном одеяле. Подобные дефекты крайне сложно исследовать с использованием обычных методов, в частности, просвечивающей электронной микроскопии или оптической микроскопии, поскольку перечисленные методики обеспечивают сбор лишь ограниченного объема информации.

Кроме того, попытки изучить границы фрагментов порой разрушают исходный образец или работают лишь в условиях вакуума.

Новая методика отображения наномасштабных объектов, разработанная исследователями из University of California (США), а также их коллегами из Германии, Сингапура и Испании, справляется с задачей гораздо лучше. Идея методики основана на анализе волн поверхностных плазмонов (когерентных колебаний электронов), индуцированных в графене с помощью наноантенны (металлического зонда атомно-силового микроскопа), возбуждающей поверхность материала в инфракрасном диапазоне. Плазмонные волны отражаются и рассеиваются на границах отдельных участков графена, таким образом, возникает их интерференция.

Предложенная учеными методика основана на анализе этих интерференционных картин. Она позволяет выявить границы отдельных фрагментов графена на достаточно большой площади пленки, а также исследовать электронные и оптические свойства отдельных границ.

Проведенный учеными анализ показывает, что границы отдельных фрагментов в графене, полученном при помощи химического осаждения из парообразного состояния, представляют собой заряженные линейные дефекты, препятствующие как переносу заряда, так и распространению плазмонов. Таким образом,

потенциально они могут использоваться в качестве отражателей плазмонов или средств замедления фазы – важнейших компонент плазмонных цепей будущего. Если отражатели могут использоваться для изменения направления распространения плазмонов в материале, по аналогии с зеркалом (или светоделителем) в оптике, то замедлители фазы предназначены для добавления задержки при распространении плазмонных волн, по аналогии с фазовыми пластинами.

Более того, команда ученых сообщила, что

уже готовиться к созданию собственных плазмонных схем путем формирования в графене барьеров, сходных по структуре с границами отдельных фрагментов.

Стоит отметить, что предложенный метод визуализации на наноуровне также может быть использован для анализа множества других материалов, в которых существуют плазмонные волны. К примеру, металлов, сверхпроводников или топологических изоляторов. Также, по мнению ученых, методика может быть распространена на структуры, которые поддерживают поверхностные фононы (колебания кристаллической решетки), т.е. на ряд диэлектрических материалов.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (5 votes)
Источник(и):

1. nanotechweb.org

2. sci-lib.com