Absorption résonante : Les nanostructures de graphène peuvent présenter une absorption résonante de la lumière infrarouge en raison de leurs propriétés plasmoniques. Les plasmons sont des oscillations collectives d'électrons libres qui peuvent être excitées par une lumière incidente de fréquences spécifiques. Lorsque la fréquence de la lumière infrarouge correspond à la fréquence de résonance des nanostructures de graphène, cela entraîne une absorption améliorée. L'absorption résonante peut être davantage ajustée en contrôlant la taille, la forme et la disposition des nanostructures de graphène.
Résonance plasmonique de surface : La résonance plasmonique de surface (SPR) est un phénomène qui se produit lorsque la lumière infrarouge interagit avec des interfaces métal-diélectrique. Le graphène, étant un semi-métal, peut également prendre en charge le SPR. Lorsque la lumière infrarouge frappe une nanostructure de graphène, elle excite les plasmons de surface, qui se propagent le long de la surface du graphène et interagissent avec la lumière incidente. Cette interaction conduit à une absorption et un confinement améliorés de la lumière infrarouge dans la nanostructure de graphène.
Transitions interbandes : Le graphène est constitué d’une seule couche d’atomes de carbone disposés dans un réseau hexagonal. La structure de bande électronique du graphène présente une caractéristique unique appelée cône de Dirac, qui donne lieu à des porteurs de charge sans masse. Ces porteurs de charge peuvent être excités de la bande de valence à la bande de conduction en absorbant des photons infrarouges. Les transitions interbandes dans le graphène fournissent un autre mécanisme de capture de la lumière infrarouge.
Interaction lumière-matière améliorée : La nature bidimensionnelle des nanostructures de graphène permet une forte interaction lumière-matière. Le graphène a un rapport surface/volume élevé, ce qui augmente la probabilité d’interaction entre la lumière infrarouge et les atomes de graphène. Cette interaction lumière-matière améliorée contribue à une absorption et une capture efficaces du rayonnement infrarouge.
Propriétés réglables : Les propriétés des nanostructures de graphène, telles que leur taille, leur forme, leur niveau de dopage et leur configuration d'empilement, peuvent être adaptées pour optimiser leur interaction avec la lumière infrarouge. En concevant ces paramètres, il est possible d’obtenir une capture sélective et efficace de longueurs d’onde infrarouges spécifiques.
En combinant ces mécanismes, les nanostructures de graphène offrent des capacités prometteuses pour capturer et utiliser la lumière infrarouge dans diverses applications, notamment l'imagerie thermique, la détection infrarouge, la récupération d'énergie et l'optoélectronique.
