Графен позволит создавать гибко настраиваемые устройства, работающие на терагерцовых частотах
 Лист графена, позволивший создать метаматериал для терагерцового излучения. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
Терагерцовое излучение или излучение терагерцового диапазона может иметь широчайшие практические применения. Оно проходит через одежду и всевозможную упаковку, но сильно поглощается металлами и другими неорганическими веществами. К примеру, с помощью терагерцового излучения в аэропортах можно было бы обнаруживать скрытое оружие и взрывчатые вещества.
Однако терагерцовые электромагнитные волны лежат в спектральном диапазоне, с которым достаточно сложно работать из-за отсутствия необходимых инструментов: между микроволновым излучением и средней инфракрасной областью. Над созданием подобных инструментов трудятся ученые по всему миру. Недавно совместная группа исследователей из Lawrence Berkeley National Laboratory и University of California объявила о своих значительных успехах в этой области. Ученые предложили новое устройство для работы в этом диапазоне. Подробные результаты их работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.
Предложенное устройство состоит из массива графеновых нанолент, отклик которых на излучение терагерцового диапазона может управляться при помощи изменения ширины наноленты и количества свободных носителей заряда (электронов или дырок) в образце. При помощи изменения этих двух параметров ученые могут контролировать коллективные колебания электронов на поверхности графеновых нанолент, т.е. плазмоны, которые ответственны за взаимодействие с терагерцовым излучением. Когда на материал падает свет той же частоты, что и колебания плазмонов на поверхности графена, появляется так называемое резонансное возбуждение, что приводит к увеличению колебаний и, соответственно, количества поглощенного света. Частота колебаний зависит от ширины наноленты, т.е., варьируя ширину, ученые могут изменять частоту колебаний. При этом количество свободных носителей тока определяет силу связи между световой волной и плазмонами.
Плазмоны традиционно вспоминают в связи с более высокочастотным излучением (в частности, излучением оптического диапазона). Однако графен уникален тем, что свободные носители заряда в нем движутся лишь в двух измерениях, поэтому плазмоны в этом материале могут существовать и при гораздо более низких частотах. Более того, терагерцовое излучение имеет длины волн в диапазоне от 1 до 0,03 мм; а существующая на сегодняшний день техника позволяет сделать ширину наноленты не более 1 – 4 мкм, что много меньше длины волны. Таким образом, графен по отношению к терагерцовому излучению представляет собой метаматериал (по определению метаматериал – это материал, состоящий из структур размерами много меньше длины волны излучения, который обладает оптическими свойствами, отличающимися от объемного материала). Т.е. ученые не просто осуществили первые исследования связи терагерцового излучения и плазмонов в графене, но и создали прототип будущего метаматериала для терагерцового диапазона.
Также по теме:
Источники: