来源:phys.org;电子科技大学太赫兹研究中心 四川太赫兹应用研究联合课题组 张倬诚 编译
具有不同孔径(a,b,c, scale = 1μm)的3-D石墨烯的SEM图像,光学性质(d,e,f)随孔径而变化。
首次在BESSY II电子储存环的IRIS红外线处,国际研究团队研究了三维纳米多孔石墨烯的光学性质。实验表明,这种新材料中的等离激元(电荷密度的振荡)可以通过孔径精确控制并引入原子杂质。这可以促进制造高灵敏度的化学传感器。
碳是非常多变的元素。它不仅形成钻石、石墨和煤,而且还可以采取平面形式作为六方矩阵——石墨烯。这种仅由单一原子层组成的材料具有许多极强的特性。它具有高导电性,光学透明性,并且具有机械灵活性,并且能够承受负载。AndréGeim和Konstantin Novoselov获得了2010年诺贝尔物理学奖,以发现这种特殊的碳。而最近,日本的一个团队已经成功地将二维石墨烯层叠在具有纳米尺寸孔的三维结构中。
可调谐的等离子体
目前罗马Sapienza大学的一个研究团队,首次对BESSY II的3D石墨烯进行了光学性能的详细调查。该团队能够从数据中确定电荷密度振荡(称为等离子体激元)是如何在三维石墨烯中传播的。在这样做时,他们确定这些等离子体激元遵循与2D石墨烯相同的物理规律。 然而,3D石墨烯中等离子体的频率可以通过引入原子杂质(掺杂),纳米孔的大小或通过以某些方式附着特定分子到石墨烯上,来非常精确地控制。这样,新的材料也可能适用于制造特定的化学传感器,正如作者在Nature Communications写道。此外,很有趣的是,新材料可以作为用于太阳能电池的电极材料。
IRIS光束提供的优势
研究人员使用了柏林BESSY II同步加速器源的IRIS光束线,以方便他们的实验。宽带红外线可用于此,特别是用于太赫兹辐射的新型材料的光谱分析。“称为低α的BESSY II存储环的特殊操作模式,允许我们以特别高的信噪比测量三维石墨烯的光导率,这在标准方法中是不可能的,特别是在太赫兹波段。但正是这个波段,对于观察关键的物理特性很重要。”红外线小组组长Ulrich Schade博士说。