Un groupe de scientifiques de Russie et d'Autriche a démontré que l'interaction entre les oscillations de plasmons dans le graphène nanostructuré provoque un changement significatif dans le spectre d'absorption de la lumière infrarouge lointain. Plasmons, excitations collectives d'électrons dans les solides, ont démontré qu'ils modifiaient leurs propriétés sous l'influence du champ électrique dans les matériaux de faible dimension, comme le graphène, innovant ainsi pour une pléthore d'applications optoélectroniques, y compris les capteurs, détecteurs, sources de rayonnement et bien d'autres. Les résultats permettront de modéliser les spectres de plasmons et d'utiliser les résultats de la modélisation en optoélectronique. Les résultats de l'étude ont été publiés dans ACS Photonique .

Les spectres de plasmons dans des nanobandes de graphène isolées sont un domaine de recherches approfondies. Mais pour que les dispositifs optoélectroniques réels fonctionnent efficacement, le plus grand nombre possible de nanobandes est requis par unité de longueur afin que le graphène couvre autant que possible la surface du substrat. Jusque récemment, les spectres optiques de tels systèmes ont été décrits de manière approximative et considérés comme un assemblage de plasmons n'interagissant pas au sein d'une nanobande individuelle ‒ une approche qui calcule la fréquence du mode d'oscillation dominant dans une nanobande isolée avec une erreur de plus de 10 % et est incapable de capturer des effets plus subtils dans le graphène, tels que l'élargissement du rayonnement des spectres d'absorption.

Les scientifiques ont découvert que les interactions électriques entre les plasmons entraînent un décalage substantiel du spectre d'absorption infrarouge lointain par rapport au spectre des plasmons dans une nanobande isolée. L'étude a également révélé un élargissement significatif des spectres d'absorption des nanobandes résultant du rétro-rayonnement de l'énergie absorbée. S'il est bien pris en compte, cet effet assure une très grande précision dans la détermination des paramètres du graphène nanoruban, tels que le niveau de Fermi et la fréquence de collision électronique. La méthode d'analyse du spectre d'absorption proposée par les auteurs peut être utilisée pour étudier les facteurs subtils qui influencent la conductivité du graphène et d'autres matériaux bidimensionnels.

Les échantillons de graphène utilisés dans l'étude ont été fournis par Graphenea (Espagne).

"En raison des interactions entre les plasmons, les spectres d'absorption du graphène couvrent le spectre IR lointain (énergies photoniques allant de 10 meV à 200 meV), qui correspond aux spectres d'oscillation de la plupart des molécules biologiques. Cela ouvre de nouvelles perspectives pour la conception et la fabrication de biocapteurs à base de graphène, " dit le responsable de l'étude et employé de Skoltech Vyacheslav Semenenko.