Nghiên cứu graphene: Bẫy ánh sáng trong mạng cacbon

Graphene là lớp đơn nguyên tử của cacbon, được biết đến là vật chất mỏng nhất và có độ bền cơ học đặc biệt. Một nghiên cứu mới chỉ ra rằng mạng lưới kích thước 2 chiều của các nguyên tử cacbon có thể bẫy ánh sáng.

Hình minh họa

Mỏng, mỏng hơn, graphene. Graphene là một lớp đơn nguyên tử cacbon nơi các nguyên tử được sắp xếp trong mạng tổ ong kích thước 2 chiều, là mạng lưới mỏng nhất trên thế giới có tính ổn định cao. Andre Geim và Konstantin Novoselov nhận giải Nobel vật lý năm 2010 cho phát hiện của họ về độ dẫn điện của graphene. Thật vậy, graphene trong trương lai có thể thay thế cho silicon làm cơ sở cho các bóng bán dẫn (transistor) cực nhỏ và cực nhanh, là đối tượng của nghiên cứu cường độ lớn.

Hoạt tính cao của các electron trong graphene phát sinh từ thực tế chúng được giới hạn trong mạng tinh thể lục giác. Nhóm nghiên cứu quốc tế đứng đầu bởi nhà vật lý Mỹ Dimitri Basov đã cho thấy các photon có thể bị mắc kẹt trong mạng tinh thể và di chuyển tự do dọc mạng. “Nó thậm chí điều khiển sóng ánh sáng trong mạng tinh thể” nhà vật lý TS. Fritz Keilmann cho biết. Ông là hội viên của LMU Munich, Trung tâm khoa học nano (CeNS) và Viện Quang học lượng tử Max Planck (MPQ), đã đóng góp đáng kể cho nghiên cứu mới.

Máy tính với thiết bị chuyển mạch quang học

Quá trình điều khiển có thể được tác động bằng cách sử dụng điện trường và dòng điện. Trong tương lai, hành vi của ánh sáng trong graphene có thể được điều chỉnh bằng điện và nghịch đảo điện tử cũng có thể thực hiện khả thi. Khi ánh sáng bị giới hạn cho cáp nano với kích thước một phần triệu mm, thời gian chuyển đổi có thể được giảm nhỏ hơn 1 pico giây (0.000000000001 giây). “ Thậm chí có thể phát triển các máy tính có các transitor graphene được chuyển mạch cả quang học và điện”, Keilmann nói.

Tính toán lý thuyết trước đó đã đề xuất các photon, đặc biệt photon hồng ngoại bước sóng dài, thực sự có thể truyền được dọc theo mạng tinh thể graphene với vận tốc giảm đáng kể. Hiệu ứng làm chậm là do sự hình thành của plasmon, một dạng phân tử lai tạo ra bởi sự kết hợp các photon kích thích điện tử trong graphene. Không thể nghiên cứu thử nghiệm plasmon được dự đoán trước, bởi vì động lượng của các photon hồng ngoại quá thấp để kích thích chúng.

Mang photon tới các điểm

Vấn đề này đã được giải quyết với sự trợ giúp của một pin kim loại nhỏ với mũi kích thước nanomet. Hoạt động như cột thu lôi, tập trung ánh sáng vào trong thể tích rất nhỏ. Điều này làm tăng động lực của các photon hồng ngoại lên đến 60 lần, tạo cho chúng thêm động lực cần thiết để phóng sóng plasmon dọc theo lớp graphene. Đối với mục đích này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi trường gần quét hồng ngoại, có đầu dò quét được mài nhỏ sử dụng để ánh xạ thành phần hóa học của vật liệu dưới điều kiện thử nghiệm.

Trong trường hợp này chỉ vùng biên của mẫu graphene được chụp. Phản xạ của plasmon ở vùng biên tạo ra mẫu giao thoa, mã hóa thông tin có thể được sử dụng để xác nhận thông tin của plasmon. Nó cũng cho phép một plasmon tạo ra nhiều thuộc tính như cường độ phản xạ ở biên graphene và thay đổi vận tốc bởi thế hiệu dịch điện bên ngoài, nó là sự quan tâm đặc biệt cho ứng dụng tương lai. “Khả năng tìm kiếm để điều khiển tín hiệu ánh sáng bằng điện đã được công nhận” Keilmann nói.

Một nghiên cứu độc lập thực hiện bởi nhóm nghiên cứu Tây Ban Nha, dựa trên sử dụng một tấm graphene được hình thành bởi ngưng đọng từ pha khí không phải lớp màng mỏng sử dụng ở nghiên cứu LMU đã đi đến một kết luận tương tự. Hai bài báo xuất hiện liên kề nhau trên tạp chí Nature hàng đầu, nhấn mạnh tầm quan trọng của phát hiện này cho lĩnh vực điện tử nano.

Nguồn: www.sciencedaily.com

Đỗ Duyên @Meslab., biên dịch

Authors

Related posts

*

Top