مشاهده پلاسمون‌ها روی سطح گرافن برای اولین بار

دانشمندان با استفاده از یک باریکه نور فروسرخ موجک‌های الکترونی در سطح گرافن ایجاد کرده و نشان دادند که می‌توانند با یک مدار الکتریکی ساده طول و ارتفاع این نوسان‌ها را، که پلاسمون خوانده می‌شوند، کنترل کنند. این اولین بار است که پلاسمون‌ها روی سطح گرافن مشاهده می‌شوند و یک قدم مهم در راستای استفاده از پلاسمون‌ها برای فرآوری و انتقال اطلاعات در فضاهایی است که برای استفاده از نور خیلی باریک هستند.

یک باریکه لیزری فروسرخ که روی بازوی میکروسکوپ نیروی اتمی کانونی شده است، باعث برانگیزش پلاسمون‌ها، امواج الکترونی، روی سطح گرافن می‌شود.

دیمتری باسوف، استاد فیزیک دانشگاه کالیفرنیا، گفت: «همه گمان داشتند که پلاسمون‌ها باید روی سطح گرافن باشند، ولی این مشاهده باعث اطمینان شد. ما از آنها تصویربرداری کرده و نشان دادیم که منتشر می‌شوند. ما ثابت کردیم که می‌توانیم آنها را کنترل کنیم.» این پژوهشگران برای ساخت افزاره‌های خود، گرافن را از گرافیت، ماده سازنده نوک مداد، تراشیده و آن را روی تراشه‌های دی‌اکسیدسیلیکون مالیدند.

آنها با تاباندن یک لیزر فروسرخ به سطح گرافن باعث برانگیختگی پلاسمون‌ها شده و امواج ناشی از آنها را با استفاده از بازوی فوق‌حساس یک میکروسکوپ نیروی اتمی اندازه‌گیری کردند.

 اندازه‌گیری این امواج صادره غیرممکن است، ولی همینکه آنها به لبه گرافن می‌رسند منعکس می‌شوند، درست مانند امواج آب ناشی از خط حرکت قایق که بعد از برخورد به اسکله برمی‌گردند. نوسان‌هایی که از لبه‌ها برمی‌گردند، یا با امواج بعدی جمع می‌شوند و یا آنها را حذف می‌کنند و به همین خاطر یک طرح تداخلی مشخص که طول موج و دامنه آنها را فاش می‌کند، می‌آفرینند.

این دانشمندان نشان دادند که این طرح را می‌توان با کنترل مدار الکتریکی که از الکترودهای متصل شده به سطح گرافن و لایه سیلیکونی خالص زیر تراشه‌ها، تشکیل شده است؛ تغییر داد. باسوف گفت: «بنابراین شما فقط نیاز به یک باطری دارید تا یک افزاره پلاسمونیکی قابل کوک بسازید.»

درست مانند نوری که سیگنال‌های پیچیده را در فیبرهای نوری حمل می‌کند، پلاسمون‌ها می‌توانند برای انتقال اطلاعات استفاده شوند با این تفاوت که پلاسمون‌ها می‌توانند اطلاعات را در فضاهای بسیار باریک‌تری حمل کنند.

گروه دیگری از دانشمندان که بطور مستقل در اسپانیا به رهبری فرانک کاپنز و همکارانش کار می‌کنند با استفاده از فیلم گرافنی رسوب یافته با گاز بجای تراشیدن از گرافیت، کشف‌های مشابهی گزارش کردند. گزارش آنها مدرک دیگری بر تایید پلاسمون‌های گرافن است.

باسوف گفت: «الکترونیک نوری و پردازش اطلاعات گرافنی بسیار پرآتیه است. ما دوست داریم ببینیم که کارمان در فناوری آینده سهیم است. علم کاملا جدید و بنیادی نیز در آن وجود دارد. با پایش پلاسمون‌ها یاد می‌گیریم که الکترون‌ها در این شکل جدید کربن چه می‌کنند و چطور برهم‌کنش‌های بنیادی خواص آنها را تغییر می‌دهد. این یک راه برای کسب اطلاعات است.»

هر دو گروه پژوهشی جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی Nature منتشر کرده‌اند.