کنترل پخش نور در گرافن

پژوهشگران در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و دانشگاه کالیفرنیا موفق به کنترل مسیرهای کوانتومی در گرافن شده‌اند. این مسیرهای کوانتومی چگونگی پخش نور در صفحه گرافنی را تعیین می‌کنند. پخش کنترل‌شده ابزار جدیدی برای مطالعه این ماده بی‌نظیر فراهم می‌کند و ممکن است منجر به کاربردهای عملی برای کنترل نور و ترازهای الکترونی در نانوافزاره‌های گرافنی شود.

پژوهشگران در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی و
دانشگاه کالیفرنیا موفق به کنترل مسیرهای کوانتومی در گرافن شده‌اند. این
مسیرهای کوانتومی چگونگی پخش نور در صفحه گرافنی را تعیین می‌کنند. پخش
کنترل‌شده ابزار جدیدی برای مطالعه این ماده بی‌نظیر فراهم می‌کند و ممکن
است منجر به کاربردهای عملی برای کنترل نور و ترازهای الکترونی در
نانوافزاره‌های گرافنی شود.

این پژوهشگران به رهبری فنگ وانگ موفق شده‌اند برای اولین بار آنچه تداخل
کوانتومی در تفرق رامان نامیده می‌شود، را به طور مستقیم در گرافن مشاهده
کنند. تفرق رامان شکلی از تفرق غیرارتجاعی نور است که در آن برخلاف تفرق
ارتجاعی، نور پخش‌شده همان رنگ (همان انرژی) نور فرودی را دارد.

ورقه‌ای از گرافن روی مس رشد داده شد و روی یک بستر عایق از جنس دی‌اکسید سیلیکون
انتقال داده شد. انرژی فرمی در گرافن با تغییر ولتاژ گیت روی ژل یونی فوقانی (یک
مایع بسیار رسانا در یک ماتریس پلیمری) تنظیم شد.
تفرق رامان در گرافن و دیگر بلورها موقعی
اتفاق می‌افتد که یک فوتون فرودی یک الکترون را تحریک می‌کند و این منجر به
تولید یک فونون همراه با یک فوتون با انرژی کمتر می‌شود. فونون‌ها نوسان‌های
شبکه بلوری هستند که همانند ذرات کوانتومی رفتار می‌کنند.

ذرات کوانتومی، ذراتی هستند که خاصیت موجی نیز دارند و بنابراین می‌توانند
با همدیگر و حتی با خودشان تداخل داشته باشند. این پژوهشگران نشان دادند که
انتشار نور را می‌توان با کنترل این مسیرهای تداخلی کنترل کرد. در تفرق
رامان، مسیرهای کوانتومی تحریک‌های الکترونی ایجاد شده بوسیله فوتون‌های
فرودی هستند.

وانگ می‌گوید: ما با دوپ‌کردن گرافن بصورت الکترواستاتیکی، مسیرهای تحریک
در گرافن را کنترل کردیم. در این نوع دوپ کردن، برای کاهش انرژی فرمی
(Fermi) و حذف ترازهای انتخاب‌شده ولتاژی اعمال می‌شود. یکی از خواص شگفت‌انگیز
گرافن این است که انرژی فرمی آن را می‌توان تا چندین درجه بزرگی بیشتر از
مواد مرسوم جابه‌جا کرد. این خاصیت به دلیل دو بعدی بودن گرافن و باندهای
الکترونیکی غیرمعمول آن است.

این پژوهشگران ژل یونی تهیه کردند که نقش کلیدی در افزاره آنها داشت. این
ژل یونی یک مایع بسیار رسانا بود که در یک ماتریس پلیمری محبوس شده بود.
ورقه‌ای از گرافن روی مس رشد داده شد و سپس روی یک بستر عایق انتقال داده
شد. ژل یونی روی این ورقه‌ی گرافن قرار داده شد. انرژی فرمی ورقه‌ی گرافنی
بوسیله ولتاژ گیت روی این ژل یونی تنظیم شد.

جزئیات نتایج این پژوهش در مجله‌ی Nature منتشر شده است.