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红外线激发石墨烯产生等离子体振子

2012-06-26 10:05
龙凰
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  近日,美国加州大学圣地亚哥分校的科学家借助红外线光束,沿石墨烯表面激发出电子波,并证明他们能通过简单的电路,控制这些被称为等离子体振子的振荡波的长度和高度。相关研究报告发表在6月21日《自然》杂志网络版上。

  这是首次在石墨烯上观察到等离子体振子,也是在无法使用光的紧密空间内,利用等离子体振子进行信息处理的重要一步。就像光能够通过光纤携带复杂的信号一样,等离子体振子也能被用于传输信息。但等离子体振子仅能在更紧密的空间里携带信息。该校物理系教授迪米特里•巴索夫说:“每个人都怀疑等离子体振子会不会出现,但眼见为实,我们拍摄的图像能够证明它们的传播,以及外界对其的控制。”

  为了制造这个设备,科研人员从石墨中剥离出了石墨烯,并将其放置在二氧化硅芯片上揉搓。随后将红外线激光照射在石墨烯表面以激发等离子体振子,并利用超灵敏的原子力显微镜悬臂对这些波进行测量。

  虽然发射的波基本无法测量,但当它们到达石墨烯的边缘时,能够反射出像水波纹一样的波。从边缘返回的振荡将增加或抵消随后而来的波,创造出独特的干涉图样,从而揭示出这些波的波长和振幅。此外,科学家还能通过控制附着在石墨烯表面的电极以及芯片下的纯硅层形成的电路,来改变干涉图样。

  研究人员表示,因为光的波长就有数百纳米,因此不可能将光限制在纳米级别内。但利用光却能激发长度范围在100纳米左右的表面等离子体,其能以超高的速度从芯片的一边穿越至另一边。科学家称,这是测量到的最短的等离子体振子波长之一,然而这种波却可以像它们在黄金等金属中传播得一样远。与基于金属的等离子体振子不同,石墨烯等离子体振子能够按需进行调整。

  通过监控石墨烯等离子体振子,研究人员能够了解电子在这种新形式的碳中发挥什么作用,其基本相互作用又将如何管控它们的特性。巴索夫强调说:“石墨烯光电子学与信息处理非常具有前途,我们希望此次的研究能为未来相关技术的发展提供帮助。”

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