Технологии

Новая платформа генерирует гибридные возбуждения легкой материи в сильно заряженном графене

Исследователи из Колумбии первыми применили статический заряд между двумерными атомными слоями, чтобы обеспечить новый способ генерации графеновых плазмонных поляритонов без внешнего источника энергии или химических примесей;открытие имеет широкое применение в нанотехнологиях.

Графен, атомарно тонкий углеродный слой, через который электроны могут путешествовать практически беспрепятственно, широко изучался с момента его первого успешного выделения более 15 лет назад. Среди его многих уникальных свойств — способность поддерживать сильно ограниченные электромагнитные волны, связанные с колебаниями электронного заряда — плазмонными поляритонами, — которые имеют потенциально широкое применение в нанотехнологиях, включая биосенсор, квантовую информацию и солнечную энергию.

Поверхностные плазмонныеполяритоны, также называемые просто плазмонами, -этоособые электромагнитные волны, которые могут распространяться вдоль границы металла и воздуха или диэлектрика в оптическом и инфракрасном диапазоне частот.

Новая платформа генерирует гибридные возбуждения легкой материи в сильно заряженном графене

Использование α-RuCl3 для зарядки графена дает два основных преимущества по сравнению с электрическим стробированием. α-RuCl3 индуцирует гораздо больший заряд, чем может быть достигнут с помощью электрических вентилей, которые ограничены пробоем изолирующего барьера с графеном. Кроме того, расстояние между графеном и нижележащим электродом затвора размывает границу между заряженными и незаряженными областями из-за «бахромы электрического поля». Это предотвращает реализацию острых зарядовых характеристик внутри графена и вдоль края графена, необходимых для проявления новых плазмонных явлений. Напротив, на краю α-RuCl3 заряд графена падает до нуля почти в атомном масштабе.

Исследователи из Колумбийского университета сообщают, что им удалось получить плазмонно активный графен с рекордно высокой плотностью заряда. Они достигли этого, используя новую межслойную передачу заряда с помощью двумерного акцептора электронов, известного как α-RuCl3.

«Эта работа https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c03466 позволяет нам использовать графен в качестве плазмонного материала без металлических затворов или источников напряжения, что позволяет впервые создавать автономные плазмонные структуры графена», — сказал соучредитель Джеймс Хоун, профессор машиностроения Ван Фонг-Джен в Columbia Engineering.

Все материалы обладают свойством, известным как работа выхода, которая количественно определяет, насколько прочно они могут удерживать электроны.

Новая платформа генерирует гибридные возбуждения легкой материи в сильно заряженном графене

Исследователи из Колумбийского университета сообщают, что им удалось получить плазмонно активный графен с рекордно высокой плотностью заряда. Они достигли этого, используя новую межслойную передачу заряда с помощью двумерного акцептора электронов, известного как α-RuCl3.

Работой выхода электроновиз металла называется энергия, которую необходимо сообщитьэлектрону, чтобы удалить его с поверхности металла.

Когда два разных материала входят в контакт, электроны переходят от материала с меньшей работой выхода к материалу с большей работой выхода, в результате чего первый становится положительно заряженным, а второй — отрицательно заряженным.

α-RuCl3 является уникальным среди наноматериалов, потому что он имеет исключительно высокую работу выхода, даже когда он расслаивается до двухмерных слоев толщиной в один или несколько атомов.

Использование α-RuCl3 для зарядки графена дает два основных преимущества по сравнению с электрическим стробированием. α-RuCl3 индуцирует гораздо больший заряд, чем может быть достигнут с помощью электрических вентилей, которые ограничены пробоем изолирующего барьера с графеном. Кроме того, расстояние между графеном и нижележащим электродом затвора размывает границу между заряженными и незаряженными областями из-за «бахромы электрического поля». Это предотвращает реализацию острых зарядовых характеристик внутри графена и вдоль края графена, необходимых для проявления новых плазмонных явлений. Напротив, на краю α-RuCl3 заряд графена падает до нуля почти в атомном масштабе.

Новая платформа генерирует гибридные возбуждения легкой материи в сильно заряженном графене

В настоящее время исследователи ищут пути использования протравленного α-RuCl3 в качестве платформы для создания нестандартных наноразмерных диаграмм заряда в графене для точной настройки плазмонного поведения в соответствии с различными практическими применениями.

«Одно из наших главных достижений в этой работе — достижение плотности заряда в графене, примерно в 10 раз превышающего пределы, налагаемые пробоем диэлектрика в стандартном закрытом устройстве», — сказал руководитель исследования, профессор физики Дмитрий Басов. «Более того, поскольку α-RuCl3 — источник электронного заряда — находится в прямом контакте с графеном, границы между заряженными и незаряженными областями в графене очень резкие. Это позволяет нам наблюдать зеркальное отражение плазмонов от них. края и для создания исторически неуловимых одномерных краевых плазмонов, которые распространяются вдоль края графена ». Команда также наблюдала резкие границы в «нанопузырьках», где загрязнители, захваченные между двумя слоями, нарушают перенос заряда.

«Мы были очень взволнованы, увидев, насколько резко может измениться плотность заряда графена в этих устройствах», — сказал Дэниел Риццо, научный сотрудник Басова и ведущий автор статьи.«Наша работа является доказательством концепции нанометрового контроля заряда, который раньше был областью фантазии».

Работа проводилась в Центре энергетических и пограничных исследований программируемых квантовых материалов, финансируемом Министерством энергетики США и возглавляемом Басовым.В исследовательском проекте использовались общие объекты, находящиеся в ведении Columbia Nano Initiative.

В настоящее время исследователи ищут пути использования протравленного α-RuCl3 в качестве платформы для создания нестандартных наноразмерных диаграмм заряда в графене для точной настройки плазмонного поведения в соответствии с различными практическими применениями.Они также надеются показать как α-RuCl3 можно сопрягать с широким спектром двумерных материалов, чтобы получить доступ к новым свойствам материалов, которые требуют исключительно высокой плотности заряда, создаваемой межслойным переносом заряда.

По материалам

naukatehnika.com

Смотреть полностью

Похожее

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Back to top button