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石墨烯缺陷工程的重要一员——表面等离子体激元反射

发布日期:2019-12-09

    石墨烯是近年来受到广泛关注的二维材料,具有独特的物理化学性质,在信号传感、物质检测、和能源电池领域都有着广阔的应用前景。2016年9月,南开大学许京军、蔡卫老师研究团队在国际期刊 2D Materials上公开发表题为“Tailorable re?ection of surface plasmons in defect engineered graphene”的全文文章,通过探讨缺陷改变石墨烯光、电、热性质的可能性,提出了对石墨烯纳米尺度下的等离子激元性质进行操控的思路,为未来纳米级光电设备的实现开辟新篇。



(a) NeaSNOM测量原理示意图 (b)NeaSNOM的AFM成像显示了石墨烯缺陷处的形貌结构 (c)NeaSNOM的纳米级显微光学成像展示了该区域的表面等离子波传播图样


    许京军、蔡卫老师研究团队首先设计了离子束对石墨烯缺陷边界的操控可行性,并通过AFM等常规测量手段对这一设想进行了重复验证。该研究团队对石墨烯表面等离子波在缺陷边界的传播进行了深入研究,通过NeaSNOM提供的可靠等离子激元成像手段,他们近场等离子激元成像图中观测到了靠近边界的明显干涉条纹。通过典型的石墨烯楔形结构,边界处的等离子激元的有效散射波通过操控的缺陷得到了极大的增强。在缺陷边界处的等离子激元反射首次得到清晰观测,证实了这些缺陷在表面等离子波传播中散射中心的作用。

不同程度缺陷石墨烯中等离子激元传播和反射


    在入射激光波长为10.653um下,不同程度缺陷石墨烯中等离子激元传播和反射的研究。其中,等离子激元第一干涉峰值被定义为M,在边界处衰减比例为0.28,实验结果与理论数值得到了很好的拟合。


    该研究团队证明了通过引入离子束在石墨烯缺陷边界处改变等离子激元的反射的结论,他们认为缺陷可以作为有效的等离子激元传播散射中心,通过缺陷程度的控制可以实现对等离子激元的操控,这一研究结果有效开创了控制表面等离子波的新篇章。