Grafen – idealny pochłaniacz promieniowania elektromagnetycznego?

Według obliczeń przeprowadzonych przez hiszpańskich oraz angielskich fizyków wynika, że grafen ukształtowany w formie periodycznej sieci nanodysków, mógłby być wykorzystany do budowy bardzo wydajnych urządzeń absorbujących (pochłaniających) światło. Badania te mogą szczególnie przyczynić się do powstania urządzeń wykrywających światło w obszarze podczerwieni, w którym to obecnie istniejące urządzenia nie spełniają dobrze swojej roli.

Grafenowe nanodyski

Wnioski wynikające z pracy hiszpańskich i angielskich fizyków są bardzo niezwykłe, ponieważ w obecnych urządzeniach absorbujących światło, korzysta się z materiałów o grubości odpowiadającej średnicy tysiąca atomów. „Prognoza, że warstwa materiału o grubości zaledwie jednego atomu może całkowicie pochłaniać światło słoneczne jest niezwykła i ekscytująca”, powiedział lider zespołu F. Javier Garcia de Abajo z Institute of Optics w Madrycie. „Warstwę materiału, którą mam na myśli, jest warstwa grafenu ukształtowana w formie periodycznej sieci nanodysków”, wyjaśnił Abajo. Światło zaabsorbowane przez taką strukturę byłoby kumulowane w obszarze setki razy mniejszym niż długość fali padającego nań światła. Zjawisko to odbywałoby się z wykorzystaniem plazmonów – skwantowanych kolektywnych oscylacji elektronów silnie oddziałujących ze światłem – obecnych w każdym pojedynczym nanodysku.

Uwięzienie światła w takiej strukturze byłoby możliwe tylko wtedy, gdy grafen byłby naładowany elektrycznie. Sterując stopniem naładowania takiego układu zmieniałoby się długość fali promieniowania elektromagnetycznego zdolną do zaabsorbowania i uwięzienia przez układ. Podobny efekt można by uzyskać poprzez domieszkowanie grafenu, jednakże proces ładowania jest łatwiejszy do zrealizowania – wystarczy umieścić parę elektrod w pobliżu grafenu i za pomocą napięcia (przykładanego do elektrod) wpływać na stopień naładowania takiej struktury.

Praktyczne korzyści

W swojej pracy naukowcy skoncentrowali się na zbadaniu w jakim stopniu grafen absorbuje światło w zakresie bliskiej oraz średniej podczerwieni. Jednak ich zdaniem wyniki, które uzyskali mogłyby być przeniesione także na obszar dłuższych długości fal promieniowania elektromagnetycznego np. na obszar dalekiej podczerwieni i promieniowania terahercowego. „Wymienione obszary spektralne są szczególnie interesujące (…), ponieważ obecne urządzenia pracujące w tym zakresie, stosowane do detekcji podczerwieni, nie spełniają dobrze swojej roli. Nasze badania mogą przyczynić się do poprawy tej sytuacji”, powiedział Abajo.

Zdaniem naukowców silna absorpcja światła przez grafenowe nanodyski jest wynikiem ich periodycznego ułożenia w przestrzeni, pod warunkiem zachowania ściśle określonej odległości pomiędzy nimi. W przypadku niezachowania właściwej odległości pomiędzy dyskami, światło może być z powrotem wyemitowane przez taką strukturę (zbyt mała odległość pomiędzy nanodyskami) albo stopień absorpcji może ulec znacznemu obniżeniu (zbyt duża odległość pomiędzy nanodyskami).

Artykuł pochodzi ze strony: physicsworld.com