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Plasmónica de grafeno

El grafeno es una nanolámina 2D con un espesor atómico fino de 0,34 nm. Debido a su espesor ultrafino, el grafeno mostró muchas propiedades que son bastante diferentes de las de sus contrapartes de grafito en masa. Se sabe que las ventajas más destacadas son su alta movilidad de electrones y su alta resistencia mecánica. [1] [2] [3] Por lo tanto, presenta potencial para aplicaciones en óptica y electrónica, especialmente para el desarrollo de dispositivos portátiles como sustratos flexibles. Más importante aún, la tasa de absorción óptica del grafeno es del 2,3 % en la región visible y cercana al infrarrojo. Esta característica de absorción de banda ancha también atrajo gran atención de la comunidad de investigación para explotar los fotodetectores/moduladores basados ​​en grafeno. [4] [5] [6]

Los plasmones son oscilaciones electrónicas colectivas que normalmente se excitan en superficies metálicas mediante una fuente de luz. Las capas de grafeno dopado también han mostrado efectos de plasmón superficial similares a los de las películas delgadas metálicas. [7] [8] Mediante la ingeniería de sustratos metálicos o nanopartículas (por ejemplo, oro, plata y cobre) con grafeno, las propiedades plasmónicas de las estructuras híbridas podrían ajustarse para mejorar el rendimiento de los dispositivos optoelectrónicos. [9] [10] Los electrones en la estructura metálica podrían transferirse a la banda de conducción del grafeno. Esto se atribuye a la propiedad de banda prohibida cero de la nanohoja de grafeno.

Los plasmones de grafeno también pueden desacoplarse de su entorno y dar lugar a un auténtico plasmón de Dirac en el rango de baja energía, donde las longitudes de onda superan la longitud de amortiguación. Estas resonancias de plasma de grafeno se han observado en el dominio electrónico de GHz a THz. [11]

La plasmónica de grafeno es un campo de investigación emergente que está atrayendo mucho interés y que ya ha dado lugar a un libro de texto. [12]

Solicitud

Cuando los plasmones eran resonantes en la superficie de grafeno/metal, se inducía un fuerte campo eléctrico que podía mejorar la generación de pares electrón-hueco en la capa de grafeno. [13] [14] Los números de portadores de electrones excitados aumentaron linealmente con la intensidad del campo según la regla de Fermi. Los portadores de carga inducidos de la nanoestructura híbrida metal/grafeno podrían ser hasta 7 veces mayores que los de grafeno prístino debido a la mejora plasmónica.

Hasta ahora, los efectos plasmónicos del grafeno se han demostrado para diferentes aplicaciones que van desde la modulación de la luz [15] [16] hasta la detección biológica/química. [17] [18] [19] También se informó de una fotodetección de alta velocidad a 10 Gbit/s basada en grafeno y una mejora de 20 veces en la eficiencia de detección a través de la nanoestructura de grafeno/oro. [20] La plasmónica de grafeno se considera una buena alternativa a los plasmones de metales nobles no solo por su relación coste-eficacia para la producción a gran escala, sino también por el mayor confinamiento de la plasmónica en la superficie del grafeno. [21] [22] Las interacciones mejoradas entre la luz y la materia podrían optimizarse y ajustarse aún más mediante una compuerta electrostática. [23] [24] Estas ventajas de la plasmónica de grafeno allanaron el camino para lograr la detección de moléculas individuales y la excitación de plasmones individuales.

Véase también

Referencias

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  2. ^ Grigorenko, AN; Polini, M.; Novoselov, KS (2012). "Plasmónica de grafeno". Nature Photonics . 6 (11): 749. arXiv : 1301.4241 . Código Bibliográfico :2012NaPho...6..749G. doi :10.1038/nphoton.2012.262. S2CID  119285513.
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  5. ^ Wong, Liang Jie; Kaminer, Ido; Ilic, Ognjen; Joannopoulos, John D.; Soljačić, Marin (2016). "Hacia fuentes de rayos X e infrarrojos de electrones libres basadas en plasmones de grafeno" (PDF) . Nature Photonics . 10 (1): 46. Bibcode :2016NaPho..10...46W. doi :10.1038/nphoton.2015.223. hdl : 1721.1/108279 . S2CID  46931686.
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