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美國明尼蘇達(dá)大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系Sang-Hyun Oh課題組--用于超靈敏紅外光譜的石墨烯聲學(xué)等離子體共振器

?  等離子體的一個(gè)基本障礙是電磁場(chǎng)約束和自由空間光耦合效率之間的權(quán)衡,這是激發(fā)源和等離子體模之間動(dòng)量失配過大的結(jié)果。尤其是石墨烯中的聲學(xué)等離子體具有極高的場(chǎng)限制,以及極端的動(dòng)量失配。為此,我們表明可以克服這種基本障礙并展示了一個(gè)石墨烯聲學(xué)等離子體共振器,幾乎可以吸收(94%)入射中紅外光。這種高效率是通過利用兩級(jí)耦合方案實(shí)現(xiàn)的:通過自由空間光耦合到傳統(tǒng)的石墨烯等離子體,然后耦合到超限聲學(xué)等離子體。為實(shí)現(xiàn)這一方案,我們將圖案的大面積石墨烯轉(zhuǎn)移到模板剝離的超扁平金屬帶上。單片集成的光學(xué)間隔物和反射器進(jìn)一步提高了增強(qiáng)效果。我們發(fā)現(xiàn)石墨烯聲學(xué)等離子體可以分別對(duì)ångström厚蛋白和SiO2層中的吸收帶和表面聲子模式進(jìn)行超靈敏測(cè)量。我們的聲學(xué)等離子體諧振器平臺(tái)具有可擴(kuò)展性,可以利用最終水平的光與物質(zhì)的相互作用,用于潛在的應(yīng)用,包括光譜,傳感,表面和光電子學(xué)。

Fig. 1耦合機(jī)制。

Fig. 2通過集成反射器增強(qiáng)等離子體吸收。

Fig. 3制造工藝和諧振器結(jié)構(gòu)。

Fig. 4:色散和吸收的間隙依賴性。

Fig. 5-等離子體介導(dǎo)的光-物質(zhì)相互作用。

相關(guān)研究成果于2019年由美國明尼蘇達(dá)大學(xué)電氣與計(jì)算機(jī)工程系Sang-Hyun Oh課題組,發(fā)表在Nature Nanotechnology (https://doi.org/10.1038/s41565-019-0363-8 )上。原文:Graphene acoustic plasmon resonator for ultrasensitive infrared spectroscopy

 

 

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