پژوهشگران دانشگاه رایس مشغول ترکیب گرافن با نور به روشی هستند که ممکن است منجر به طراحی و ساخت کارآمدتر الکترونیک و نیز افزاره‌های رمزنویسی و امنیتی شود.
الکترونیک نوری با پلاسمونیک
پژوهشگران دانشگاه رایس مشغول ترکیب گرافن با نور به روشی هستند که ممکن است منجر به طراحی و ساخت کارآمدتر الکترونیک و نیز افزاره‌های رمزنویسی و امنیتی شود.
نائومی هالاس و پیتر نوردلاندر از دانشگاه رایس و همکارانشان از کارهای نظری و تجربی برای نشان دادن قابلیت ساخت دیودها و ترانزیستورهای گرافنی ساده استفاده می‌کنند.
توانایی در اتصال نانوآنتن‌های پلاسمونیکی به گرافن می‌تواند از عهده چنین کاری برآید. این پژوهشگران تخصص بالایی در دستکاری شبه‌ذراتی بنام پلاسمون دارند، که می‌توانند بنحوی تحریک شود که در سطح فلز نوسان کند. آنها در کار قبلی خود موفق به رسوب این نانوذرات پلاسمونیکی روی گرافن و استفاده از آن بعنوان آشکارساز نوری شدند.
آنتن‌های پلاسمونیکی نانومقیاس، بنام نونامر، واقع بر روی گرافن دارای قابلیت خلق مدارهای الکترونیکی هنگام برهم‌کنش با نور با فرکانس خاص هستند. گرافن دوپ شده مثبت و منفی می‌تواند برای تشکیل مدارهای فانتومی مورد نیاز استفاده شود.
این ذرات فلزی، بیشتر از آنکه بخواهند نور را منعکس کنند، انرژی آن را تبدیل می‌کنند؛ پلاسمون‌هایی که به‌صورت موجی در سطح حرکت می‌کنند هنگام تحریک شدن می‌توانند نوری با طولموج قابل کنترل گسیل کنند یا «الکترون‌های داغ» خلق نمایند. ذرات پلاسمونیکی همسایه می‌توانند به‌صورت قابل تنظیم با همدیگر برهم‌کنش کنند.
این اثر به سادگی در گراف‌های تشدید فانوی ماده قابل مشاهده است، که در آن این آنتن‌های پلاسمونیکی معروف به نونامرها (Nonamer)، با پهنای ۳۰۰ نانومتر به‌طور واضح نور را از یک چشمه لیزری، به استثنای طول‌موج‌های خاصی که آنتن‌ها در آن کوک شده‌اند، پراکنده می‌کند. در آزمایش رایس، این نونامرها – هشت دیسک طلای نانومقیاس حول یک دیسک بزرگ‌تر – روی یک ورقه گرافنی با لیتوگرافی باریکه الکترونی رسوب‌دهی شدند. این نونامرها برای پراکنده‌سازی نور در بازه طول‌موجی ۵۰۰ تا ۱۲۵۰ نانومتر و ایجاد تداخل ویرانگر در طولموج ۸۲۵ نانومتر کوک شدند.
نونامرها در ترسیم‌های بالا و در تصاویر پایین، آرایه‌هایی از نه نانوذره طلا هستند که روی گرافن واقع شده و برای فرکانس خاصی از نور تنظیم شده‌اند.
در نقطه تداخل ویرانگر، اکثر انرژی نور فرودی به الکترون‌های داغی که مستقیما به ورقه گرافنی منتقل شده و قسمت‌هایی از این ورقه رسانا را به نیمه‌رسانای نوع n مبدل می‌کنند، تبدیل می‌شود.
با آرایه‌هایی از این آنتن‌ها می‌توان مدارهای فانتومی را محقق کرد. نوردلاندر گفت: «آنتن‌های نانوذرات پلاسمونیکی و نقطه کوانتومی می‌توانند بنحوی کوک شوند که تقریبا به هر رنگ طیف مرئی پاسخ دهند. حتی می‌توان آنها را به حالت‌های قطبشی مختلف، یا شکل جبهه موج کوک کرد.»
این پژوهشگران جزئیات نتایج کار تحقیقاتی خود را در مجله‌ی ACS Nano منتشر کرده‌اند.
