Группа ученых из Великобритании использовала графен для отделения золотых нанообъектов друг от друга на расстояние не более одного атома. Таким образом, графен позволил создать стабильную структуру с субнанометровым пробелом, в которой может задерживаться свет. В будущем подобные структуры могут использоваться в широком диапазоне практических приложений, от разнообразных датчиков, до прозрачной электроники (в частности, прозрачных камер, которые могут устанавливаться прямо поверх существующих дисплеев мобильных устройств).

Небольшие зазоры между двумя металлическими наноструктурами помогают концентрировать свет. В последние годы исследователи начали использовать этот эффект в относительно новой отрасли фотоники, известной, как плазмоника.

Наноразмерные зазоры поглощают свет, ограничивая его в областях, размеры которых в сотни раз меньше, чем длина волны этого света. Происходит это за счет так называемых плазмонов, коллективных колебаний электронов на поверхности металлов, сильно взаимодействующих со светом. Эксплуатация этого явления позволяет ученым преодолеть так называемый дифракционный предел, т.е. получать изображения объектов на наноуровне.

Однако изготовление отверстий субнанометрового масштаба на практике сталкивается с рядом сложностей, которые пока до конца не удавалось преодолеть.

В своей последней работе группа ученых из Cambridge University (Великобритания) предложила собственное решение проблемы с помощью графена.

Графен представляет собой одноатомный слой углерода, формирующего гексагональную кристаллическую решетку. Ученые обнаружили, что они могут использовать графен в качестве самой тонкой из возможных прокладок, чтобы расположить золотые нанобъекты на расстоянии не более одного атома друг от друга.

Таким образом, удается сформировать стабильную структуру с субнанометровым пробелом, получившую название наносендвича.

Рис. 1. Схематическое изображение наносендвича, в котором плоское зеркало позволяет использовать графен для разделения на 0.3 нм двух золотых нанообъектов: сферы и ее отражения в зеркале.

Анализ созданного таким образом устройства показал, что из-за крайне малого расстояния между золотыми поверхностями, напряженность электромагнитного поля (за счет блокированного света) в щели значительно возрастает.

С помощью аналитического метода, известного как спектроскопия белого света (метод обычно используется для описания оптических свойств материалов в видимой области спектра), команда ученых в сотрудничестве с Nokia изучила распределение длин волн концентрируемого света, а также способы их изменения. С помощью освещения наносендвича излучением от горячего источника (испускающего белый свет всего видимого диапазона электромагнитных волн) ученые определили, что плазмоны приводят к переизлучению падающего на частицу света в направлении, отличающемся от направления непосредственного отражения.

Излучаемый таким образом свет может быть изучен при помощи детектора.

По словам ученых,

конструкция может использоваться для создания чрезвычайно чувствительных фотоприемников. Подобные устройства в будущем могут стать основой даже прозрачных камер, которые смогут устанавливаться прямо поверх существующих дисплеев портативных устройств.

В данный момент ученые заняты поиском способа увеличения сопротивления прокладки из графенового листа. Это позволит изменить свойства системы, откорректировав «цвет» плазмонного резонанса, что даст возможность в будущем применить устройство в качестве оптического переключателя.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.