Новая сторона графеновых метаматериалов

Длинноволновый терагерцовый свет (он находится на дальнем краю инфракрасной части спектра) невидим, однако, его можно использовать в самых разных целях, от выявления взрывчатых веществ в аэропортах до разработки средств для диагностики рака кожи. А недавно ученые из Национальной лаборатории Лоренса Беркли при Министерстве энергетики США и Калифорнийского университета продемонстрировали микроскопическое устройство из графена, чью реакцию на свет в терагерцовых частотах можно настраивать с чрезвычайной точностью.

В основе нового устройства лежит массив графеновых лент шириной всего в миллионные доли метра. Изменяя ширину лент и концентрацию носителей заряда в них, можно контролировать совокупные колебания электронов. Такие колебания называются «плазмонами».

Плазмоны в высокочастотном видимом свете наблюдаются в трехмерных металлических наноструктурах. Однако графен обладает толщиной всего в один атом, и его электроны движутся только в двух измерениях. В двумерных системах плазмоны происходят при гораздо более низких частотах.

Длина волны терагерцового излучения измеряется в сотнях микрометров (миллионных долях метра), а ширина одной графеновой ленты в экспериментальном устройстве всего от одного до четырех микрометров. Материал, состоящий из структур, размерности которых намного меньше релевантной длины волны, и проявляющий отличные от крупномасштабных материалов оптические свойства, называется метаматериалом. Ученые не только впервые провели исследование взаимодействия света и плазмонов в графене, но также создали прототип будущих графеновых метаматериалов, работающих в терагерцовом диапазоне. Результаты проведенной ими работы получили освещение в онлайн-версии журнала Nature Nanotechnology.

Разработка лаборатории Беркли – предшественник будущего устройства, которое сможет контролировать поляризацию и модифицировать интенсивность терагерцового света, а значит, обладать потенциалом к использованию в различных сферах – от медицинского сканирования до астрономии.