Les antennes plasmoniques nanométriques appelées nonamères placées sur du graphène ont le potentiel de créer des circuits électroniques en les frappant avec de la lumière à des fréquences particulières, selon des chercheurs de l'Université Rice. Le graphène dopé positivement et négativement peut être amené à former des circuits fantômes à la demande. Crédit :Université Rice
(Phys.org) - Les chercheurs de l'Université Rice dopent le graphène avec de la lumière d'une manière qui pourrait conduire à une conception et une fabrication plus efficaces de l'électronique, ainsi que de nouveaux dispositifs de sécurité et de cryptographie.
Les fabricants dopent chimiquement le silicium pour ajuster ses propriétés semi-conductrices. Mais la percée rapportée dans le journal de l'American Chemical Society ACS Nano détaille un nouveau concept :le dopage du graphène par plasmon, l'ultra-fort, très conducteur, forme de carbone à un seul atome d'épaisseur.
Cela pourrait faciliter la création instantanée de circuits - électroniques induits optiquement - sur du graphène à motifs d'antennes plasmoniques capables de manipuler la lumière et d'injecter des électrons dans le matériau pour affecter sa conductivité.
La recherche intègre à la fois des travaux théoriques et expérimentaux pour montrer le potentiel de rendre simple, diodes et transistors à base de graphène à la demande. Le travail a été effectué par les scientifiques de Rice Naomi Halas, Professeur Stanley C. Moore en génie électrique et informatique, professeur de génie biomédical, chimie, physique et astronomie et directeur du Laboratoire de nanophotonique; et Peter Nordlander, professeur de physique et d'astronomie et de génie électrique et informatique; le physicien Frank Koppens de l'Institut des sciences photoniques de Barcelone, Espagne; l'auteur principal Zheyu Fang, chercheur postdoctoral à Rice; et leurs collègues.
"L'une des justifications majeures de la recherche sur le graphène a toujours été l'électronique, " a déclaré Nordlander. " Les gens qui connaissent le silicium comprennent que l'électronique n'est possible que parce qu'elle peut être dopée p et n (positive et négative), et nous apprenons comment cela peut être fait sur le graphène.
"Le dopage du graphène est un paramètre clé dans le développement de l'électronique au graphène, " a-t-il dit. " Vous ne pouvez pas acheter d'appareils électroniques à base de graphène maintenant, mais il ne fait aucun doute que les fabricants y consacrent beaucoup d'efforts en raison de sa grande vitesse potentielle."
Les chercheurs ont étudié de nombreuses stratégies de dopage du graphène, y compris la fixation de molécules organiques ou métalliques à son réseau hexagonal. Le rendre sélectivement - et réversible - sensible au dopage serait comme avoir un tableau noir en graphène sur lequel les circuits peuvent être écrits et effacés à volonté, selon les couleurs, angles ou polarisation de la lumière qui le frappe.
Les nonamers sur les dessins en haut et sur les photos en bas sont des réseaux de neuf nanoparticules d'or déposées sur du graphène et réglées sur des fréquences de lumière particulières. Lorsqu'il est allumé, les particules plasmoniques pompent des électrons dans le graphène, selon des chercheurs de l'Université Rice qui disent que la technologie peut conduire à la création de circuits à la demande pour les appareils électroniques. Crédit :Université Rice
La possibilité d'attacher des nanoantennes plasmoniques au graphène offre une telle possibilité. Halas et Nordlander ont une expertise considérable dans la manipulation des quasi-particules appelées plasmons, qui peut être amené à osciller à la surface d'un métal. Dans des travaux antérieurs, ils ont réussi à déposer des nanoparticules plasmoniques qui agissent comme des photodétecteurs sur le graphène.
Ces particules métalliques ne réfléchissent pas tant la lumière qu'elles redirigent son énergie; les plasmons qui circulent en ondes à travers la surface lorsqu'ils sont excités émettent de la lumière ou peuvent créer des "électrons chauds" en particulier, longueurs d'onde contrôlables. Les particules plasmoniques adjacentes peuvent interagir les unes avec les autres de manière également accordable.
Cet effet peut facilement être vu dans les graphiques de la résonance Fano du matériau, où les antennes plasmoniques appelées nonamères, chacun un peu plus de 300 nanomètres de diamètre, diffuser clairement la lumière d'une source laser, sauf à la longueur d'onde spécifique sur laquelle les antennes sont accordées. Pour l'expérience Rice, ces nonamères – huit disques d'or à l'échelle nanométrique disposés autour d'un disque plus grand – ont été déposés sur une feuille de graphène par lithographie par faisceau d'électrons. Les nonamers ont été réglés pour diffuser la lumière entre 500 et 1, 250 nanomètres, mais avec des interférences destructrices à environ 825 nanomètres.
Au point d'interférence destructrice, la majeure partie de l'énergie lumineuse incidente est convertie en électrons chauds qui se transfèrent directement à la feuille de graphène et changent des parties de la feuille d'un conducteur à un semi-conducteur dopé n.
Les réseaux d'antennes peuvent être affectés de diverses manières et permettent aux circuits fantômes de se matérialiser sous l'influence de la lumière. « Les antennes à points quantiques et à nanoparticules plasmoniques peuvent être réglées pour répondre à pratiquement toutes les couleurs du spectre visible, " a déclaré Nordlander. " Nous pouvons même les régler sur différents états de polarisation, ou la forme d'un front d'onde.
"C'est la magie de la plasmonique, " dit-il. " Nous pouvons régler la résonance plasmon comme nous le voulons. Dans ce cas, nous avons décidé de le faire à 825 nanomètres car c'est au milieu de la gamme spectrale de nos sources lumineuses disponibles. Nous voulions savoir que nous pouvions envoyer de la lumière de différentes couleurs et ne voir aucun effet, et à cette couleur particulière, voyez un grand effet."
Nordlander a dit qu'il prévoyait un jour où, au lieu d'utiliser une clé, les gens pourraient agiter une lampe de poche dans un motif particulier pour ouvrir une porte en induisant les circuits d'une serrure à la demande. "L'ouverture d'une serrure devient un événement direct car nous envoyons les bonnes lumières vers le substrat et créons les circuits intégrés. Cela ne répondra qu'à mon appel, " il a dit.
