Magyar kutatók grafénból készítettek kvantumcsapdát a fénynek

Támogasd a tudomány népszerűsítését, segítsd a munkánkat!

Egy speciális, nanométeres gyűrt grafénszerkezettel magyar kutatók először hoztak létre a látható fény frekvenciatartományába eső grafénplazmonokat. Az Energiatudományi Kutatóközpont Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetének Nanoszerkezetek Laboratóriumában működő, Tapasztó Levente által vezetett Élvonal kutatócsoport eredményeit bemutató tanulmány a Nature Nanotechnology folyóiratban jelent meg. 

Az Eötvös Lóránd Kutatási Hálózat (ELKH) ismertetője szerint  a látható frekvenciájú grafénplazmonok egyik első alkalmazásaként a kutatók a korábbiaknál ezerszer érzékenyebb grafénalapú optikai érzékelőt valósítottak meg, amelyre szabadalmi bejelentési kérelmet is benyújtottak.

Ismert, hogy a fény és az anyag kölcsönhatásának egyik különleges formája során a fény összekapcsolódik az anyag elektronjaival és egy új kvázi-részecskévé, plazmonná alakul. Az ELKH honlapja szerint a „létrejövő plazmonok energiája – rezgési frekvenciája – megegyezik a gerjesztő fény frekvenciájával, azonban hullámhosszuk jelentősen lecsökken. Ez olyan, mintha a fényt kisebb térfogatba nyomnánk össze, ezáltal egy adott térfogatba nagyobb intenzitást sűrítve”. 

Az is ismert volt már korábban, hogy a távoli infravörös fény képes grafénplazmonokat gerjeszteni, de az alkalmazások szempontjából kulcsfontosságú látható fény esetében ez csak úgy valósítható meg, ha a fényt a grafén parányi, 10 nanométernél kisebb tartományaiban ejtik csapdába. Ehhez azonban először a grafén elektronjait kell csapdázni. A magyar kutatók innovatív megoldása megmutatta, hogy a grafén elektronjai nanométeres átmérőjű graféngyűrődésekbe is bezárhatók, ha azok megfelelően magasak. A grafén erős meggyűrésére egy egyszerű ciklikus hőkezelési eljárást dolgoztak ki, kihasználva a grafén és a szilíciumhordozó hőtágulásának különbözőségét – olvasható a kutatási ismertetőben.   

Nanométeres skálán gyűrt grafén 3D pásztázó alagútmikroszkópos (STM) képe, és a graféngyűrődésekbe zárt plazmonok elméletileg számolt töltéseloszlásaFotó: EK MFA Nanoszerkezetek Laboratóriuma

A kutatók pásztázó optikai közeltér-mikroszkópos vizsgálatokkal kimutatták azt is, hogy a plazmonok a gyűrt grafénban terjedni is képesek. Az ELKH ismertetője szerint „ennek azért van jelentősége, mert az ilyen terjedő plazmonok a jövőben akár plazmonalapú számítógép megvalósítását is lehetővé tehetik. A grafén mindamellett különösen ígéretes anyag a plazmonikai áramkörök megvalósítására, mert a plazmonok viszonylag kis veszteséggel képesek terjedni benne”.

Korábbi kapcsolódó cikkeink: