p As propriedades únicas do grafeno podem ser uma bênção e uma maldição para os pesquisadores, especialmente para aqueles na interseção de aplicações ópticas e eletrônicas. Estas folhas espessas de átomo único apresentam elétrons altamente móveis em seus perfis flexíveis, tornando-os excelentes condutores, mas em geral as folhas de grafeno não interagem com a luz de maneira eficiente. p Problemático para luz de comprimento de onda mais curto, fótons na região do infravermelho próximo do espectro, onde os aplicativos de telecomunicações se tornam viáveis. Em artigo publicado esta semana na revista Cartas de Óptica , da The Optical Society (OSA), pesquisadores da Universidade Técnica da Dinamarca demonstraram, pela primeira vez, aumento de absorção eficiente em um comprimento de onda de 2 micrômetros por grafeno, especificamente pelos plasmons de discos de grafeno em nanoescala.

p Muito parecido com as ondulações da água decorrentes da energia de uma pedra caída, oscilações eletrônicas podem surgir em elétrons de condução que se movem livremente, absorvendo a energia da luz. O coletivo resultante, movimentos coerentes desses elétrons são chamados de plasmons, que também servem para amplificar a força do campo elétrico da luz absorvida nas proximidades. Plasmons estão se tornando cada vez mais comuns em várias aplicações optoeletrônicas onde metais altamente condutores podem ser facilmente integrados.

p Plasmões de grafeno, Contudo, enfrentam um conjunto extra de desafios não familiares aos plasmons de metais a granel. Um desses desafios é o comprimento de onda relativamente longo necessário para estimulá-los. Muitos esforços aproveitando os efeitos intensificadores dos plasmons no grafeno têm se mostrado promissores, mas para luz de baixa energia.

p "A motivação do nosso trabalho é empurrar plasmons de grafeno para comprimentos de onda mais curtos, a fim de integrar conceitos de plasmon de grafeno com tecnologias maduras existentes, "disse Sanshui Xiao, professor associado da Universidade Técnica da Dinamarca.

p Para fazer isso, Xiao, Wang e seus colaboradores se inspiraram em desenvolvimentos recentes no Centro de Grafeno Nanoestruturado (CNG) da universidade, onde eles demonstraram um método de automontagem resultando em grandes arranjos de nanoestruturas de grafeno. Seu método usa principalmente geometria para reforçar os efeitos do grafeno plasmon em comprimentos de onda mais curtos, diminuindo o tamanho das estruturas de grafeno.

p Usando máscaras litográficas preparadas por um método de automontagem baseado em copolímero em bloco, os pesquisadores fizeram arranjos de nanodiscos de grafeno. Eles controlaram o tamanho final dos discos, expondo a matriz a plasma de oxigênio que se gravou nos discos, trazendo o diâmetro médio para aproximadamente 18 nm. Isso é aproximadamente 1000 vezes menor que a largura de um cabelo humano.

p A matriz de discos de aproximadamente 18 nm, resultante de 10 segundos de condicionamento com plasma de oxigênio, mostrou uma ressonância clara com luz de comprimento de onda de 2 micrômetros, o menor comprimento de onda de ressonância já observado em plasmons de grafeno.

p Uma suposição pode ser que tempos de gravação mais longos ou máscaras litográficas mais finas, e, portanto, discos menores, resultaria em comprimentos de onda ainda mais curtos. De um modo geral, isso é verdade, mas a 18 nm os discos já começam a exigir consideração de detalhes atômicos e efeitos quânticos.

p Em vez de, a equipe planeja ajustar ressonâncias de plasmon de grafeno em escalas menores no futuro usando métodos de portas elétricas, onde a concentração local de elétrons e o perfil do campo elétrico alteram as ressonâncias.

p Xiao disse, "Para empurrar ainda mais os plasmons de grafeno para comprimentos de onda mais curtos, planejamos usar portas elétricas. Em vez de discos de grafeno, antídotos de grafeno (ou seja, folhas de grafeno com orifícios regulares) serão escolhidos porque é fácil implementar uma técnica de back-gating. "

p Existem também limites fundamentais para a física que impedem o encurtamento do comprimento de onda de ressonância do plasmão grafeno com mais corrosão. "Quando o comprimento de onda fica mais curto, a transição entre bandas em breve terá um papel fundamental, levando ao alargamento da ressonância. Devido ao fraco acoplamento da luz com plasmons de grafeno e este efeito de alargamento, ficará difícil observar o recurso de ressonância, "Xiao explicou.