Графен может активно поглощать инфракрасное излучение

CDV-графен на кварцевой подложке поверх логотипа IBM.

Исследования показывают, что графен обладает удивительными оптическими свойствами. Этот материал способен поглощать более 2% попадающего на его поверхность света. Это неожиданный факт касается материала, толщина которого всего 1 атом. Но исследователи из лаборатории IBM нашли более интересный факт о поглощении излучения графеном. Оказалось, что он может поглощать до 40% излучения из дальнего инфракрасного и микроволнового диапазона. Данное открытие еще раз подтверждает, что графен может быть идеальным для создания фотонных устройств, а также приборов, работающих в терагерцовом диапазоне.

Графен представляет собой двумерный слой атомов углерода, собранных в гексагональную кристаллическую решетку толщиной всего в 1 атом. И почти каждый месяц с момента его открытия в 2004 году приходится слышать об открытии новых особенностей и свойств этого удивительного материала. Многие ученые считают, что в будущем графен найдет применение в целом ряде технологических областей, к примеру, может заменить кремний в электронной промышленности. Все это возможно, благодаря необычным электронным свойствам графена. Свободные электроны могут перемещаться внутри этого материала на большой скорости, почти не испытывая сопротивления. Таким образом, они ведут себя как дираковские частицы, не обладающие массой покоя.

Также графен может найти широкое применение в фотонике. Благодаря все тем же электронам, ведущим себя так, как будто они не имеют массы покоя, графен может поглощать световое излучение в очень широком диапазоне частот – от видимого света до инфракрасного и даже микроволнового. В отличие от графена, полупроводники III – V групп таблицы Менделеева не работают в таком диапазоне частот.

Инфракрасный спектр электромагнитного излучения имеет особое значение для оптических телекоммуникаций, например, для работы в терагерцовом диапазоне, применимом в таких областях, как биологические изображения, анализ материалов и сканирование для целей обеспечения безопасности.

Таким образом, изучение свойств графена на этих частотах имеет решающее значение для развивающихся применений этого материала в оптоэлектронных приложениях.

Исследователи Лаборатории IBM в TJ Watson Research Center (США) проанализировали инфракрасное излучение графена в своей предыдущей работе. Результаты этих экспериментов позволили им определить распределение температур, плотность носителей зарядов (электронов и дырок проводимости), а также положение точки Дирака в канале из графена (или точки нейтрального заряда, в которой зона проводимости электронной структуры графена встречается с валентной зоной). Поскольку значение уровня Ферми в графене совпадает с упомянутой выше точкой Дирака, она имеет решающее значение для определения свойств этого материала.

В своей новой работе группа исследователей пошла немного дальше: специалисты провели спектроскопические исследования различных вариантов пластин графена, от многослойных до однослойных, с добавками и без. Варьируя параметры эксперимента, ученые смогли получить новую информацию о материале. В частности, так как поглощение фотонов в дальнем инфракрасном диапазоне пропорционально оптической проводимости материала, они смогли определить сопротивление листа.

По мнению ученых, их работа открывает новые горизонты перед удивительным материалом. Они уже достигли уровня сорока процентного поглощения инфракрасного и микроволнового диапазонов; теперь они продолжают работу по поиску новых добавок, позволяющих достичь более высокого уровня поглощения.

Источник(и):

1. nanotechweb.org

2. sci-lib.com