تست عنوان
close
فدراسیون سرآمدان علمی ایران | اخبار | انتشار دستاورد محقق ایرانی در نشریه ساینس با عنوان پلاسمون های گرافن
متن خبر

تاریخ خبر : ۱۳۹۶/۰۵/۰۶

تعداد بازدید : ۱۹۴۲

تعداد رای : ۷۱

انتشار دستاورد محقق ایرانی در نشریه ساینس با عنوان پلاسمون های گرافن

در سال های اخیر کاربرد های بسیار متنوعی برای پلاسمون های سطحی مطرح شده است. گسترش روز افزون این شاخه از علم را می توان بیشتر به پایین آوردن حد پراش نور و کوچکتر کردن آن از مرتبه طول موج نسبت داد. در مقاله اخیر که در مجله بسیار معتبر ساینس به چاپ رسیده است، عسگری و همکارانش پاسخ الکترو مغناطیسی وابسته به اندازه حرکت خطی یا همان اثرات غیر موضعی را با مطالعه پلاسمون- پلاریتون‏های سطحی گرافین بررسی کردند.

پلاسمون- پلاریتون های سطحی (SPPs) امواج الکترومغناطیسی هستند که با برانگیختگی های جمعی الکترون های باند هدایت یک فلز یا نیمه رسانا جفت شده و در سطح مشترک بین آن ماده و دی الکتریک انتشار می یابد. یکی از خصوصیات مدهای SPPs این است که اندازه حرکت خطی آنها بسیار بزرگتر از اندازه حرکت خطی نور مربوط به فوتون ها است که در یک انرژی برانگیخته شده باشند و در نتیجه مدهای SPPs مدهای مقید هستند که دارای طول موج کوتاهی می باشند. بنابراین فیزیک پلاسمون ها راهی را برای دست کاری نور و کنترل برهمکنش نور با ماده در ابعاد بسیار کوچکتر از حد پراکندگی نور و در محدوده چند نانو متری باز می کند.

در سال های اخیر کاربرد های بسیار متنوعی برای پلاسمون های سطحی مطرح شده است. گسترش روز افزون این شاخه از علم را می توان بیشتر به پایین آوردن حد پراش نور و کوچکتر کردن آن از مرتبه طول موج نسبت داد تا جایی که کاربرد SPPs و روند استفاده از آنها روز به روز شتاب بیشتری می گیرد. در زمینه ساخت نیز ساخت دستگاه های غیر فعال مانند موجبر، کوپلر، فیلتر و ... و دستگاه های فعال مانند تقویت کننده، تشدید کننده، سوئیچ، مدولاتور و ... در حال انجام و بهینه سازی است. از سوی دیگر با توجه به متاثر بودن تغییرات ثابت دی الکتریک اطراف یک نانو ذره یا سطح فلزی در ساختار های پلاسمونیکی، از این خاصیت می توان برای ساخت حسگرهای زیستی در تشخیص توده های سرطانی در بافت های بیمار و تغییرات در محیط های حامل باکتری استفاده کرد. با استفاده از لایه های دی الکتریک قابل کشت باکتری ها یا بافت های زنده می توان فعالیت آنها را بررسی نمود. گرافین آلاینده شده قابلیت داشتن مدهای SPPs پایدار را داراست که با تغییر چگالی الکترونی قابل کنترل است. طول موج پلاسمون ها در گرافین بسیار کوچک است و بنابراین دارای طول عمر بزرگی هستند. چنین خصوصیاتی، گرافین را گزینه بسیار مناسبی برای کاربردهای نانو فوتونیک و نانو پلاسمونیک می کند. درضمن طیف فرکانسی پلاسمون ها در گرافین در حدود تراهرتز و محدوده میان مادون قرمز است جایی که پلاسمون ها بر پایه فلزات معمولی نمی توانند تشکیل شوند. یکی دیگر از ویژگی های گرافین داشتن مدهای الکتریکی عرضی است که در فلزات و دی الکتریک های معمولی رخ نمی دهد.

بیشتر مطالعات اُپتیکی در رابطه با تابع پاسخ که وابستگی به فرکانس دارد انجام می گیرد. البته وابستگی به اندازه حرکت خطی نیز همان اندازه اهمیت دارد که وابستگی به فرکانس مورد توجه است ولی برای اندازه گیری آن باید از دستگاه های خاص اسپکتروسکوپی استفاده نمود. در مقاله اخیر که در مجله بسیار معتبر ساینس به چاپ رسیده است، عسگری و همکارانش پاسخ الکترو مغناطیسی وابسته به اندازه حرکت خطی یا همان اثرات غیر موضعی را با مطالعه پلاسمون- پلاریتون ‏های سطحی گرافین بررسی کردند. همچنین اثرات بس ذره ای الکترون های دیراک گونه در گرافین نیز بررسی شد و نشان دادند که با استفاده از ترکیب اپتیک، تصویربرداری scanned-probe imaging و اندازه گیری جریان نوری می توان خواص بس ذره ای و آثار آن را در رفتارهای غیر موضعی پلاسمون ها مشاهده کرد. برای این کار از گرافین بسیار خالص که توسط ماده عایق hBN ساندویچ شده و در نزدیکی الکترودهایی از جنس طلا قرار گرفته است، استفاده شده است.

طول موج مدهای پلاسمونی اندازه گیری شده در این آزمایش، 300 بار کوچکتر از طول موج فوتون های ورودی به سیستم است. علت این کوچکی به دلیل نزدیکی گرافین به الکترودهای دریچه است که به شدت، برهمکنش کولنی الکترون ها را استتار می کند و باعث می شود که سرعت نوعی پلاسمون ها به مقدار سرعت فرمی شبه ذرات گرافین نزدیک شود. برای پلاسمون های کند شده در اینجا، پاشندگی پلاسمون های که متاثر از فرآیند استتار است به وضوح متفاوت از پاشندگی پلاسمون هایی است که در اثرات برهمکنش، پوششی نشده باشد. تئوری ارایه شده در این کار که فاقد هرگونه پارامتر آزاد است هم خوانی بسیار خوبی با نتایج آزمایشی آنها دارد. تئوری شامل در نظر گرفتن آثار بس ذره ای شبه ذرات دیراک گونه، باز بهنجارش سرعت شبه ذرات، و در نظر گرفتن آثار همبستگی های دینامیکی در فرآیندهای چند پراکندگی بس ذره ای است.

در این تحقیق, دکتر رضا عسگری و همکارانش نشان داده اند که با تغییر فاصله بین گرافین و الکترودهای طلا و همچنین با تغییر چگالی الکترون ها می توان فضای فازی از این دو متغییر یافت که اثرات غیر موضعی خود را به شدت نشان می دهد. با کم کردن فاصله بین صفحه گرافین و الکترودهای فلزی، رفتار پاشندگی پلاسمون ها از رفتار ω~√q به رفتار نزدیک خطی ω~q با تغییر شدید سرعت پلاسمون ها همراه است. به عبارتی می توان رفتار پلاسمون ها را در گرافین کنترل کرد. این روش قابلیت کاربرد در دیگر مواد کوانتومی مانند مواد در ابعاد کم، ابر رساناهای دمای بالا و نیمه فلزات Weyl دارد. اندازه گیری های تجربی این تحقیق در مرکز فوتونیک اسپانیا واقع در بارسلونا (ICFO) انجام گرفته است.

لازم به ذکر است مجله ساینس در گروه الف مجلات برتر فدراسیون سرآمدان قرار دارد و تا سقف 400 میلیون ریال تشویقی به آن تعلق می گیرد.

برای مشاهده این مقاله، لینک مقاله را کلیک نمایید.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نـــام
ایمیل
نظر شما
کارکترهایی که در تصویر می بینید را وارد نمایید. (حساس به حروف کوچک و بزرگ)