Propriedades de transmissão de FeCl3-Grafeno Intercalado e filmes finos WS2 para aplicações de espectroscopia de domínio de tempo Terahertz

Resumo

A espectroscopia terahertz resolvida no tempo tornou-se um método comum tanto para estudos fundamentais quanto aplicados com foco na melhoria da qualidade de vida humana. No entanto, a questão de encontrar materiais aplicáveis nesses sistemas ainda é relevante. Uma das soluções adequadas são os materiais 2D. Aqui, demonstramos as propriedades de transmissão de estruturas únicas à base de grafeno com tricloreto de ferro FeCl ₃ dopante em substratos de vidro, safira e filme de poliimida Kapton que anteriormente não foram investigados na estrutura dos problemas descritos acima nas faixas de infravermelho próximo e THz. Também mostramos as propriedades de um dissulfeto de tungstênio fino WS ₂ filme fabricado a partir de soluções de cristal líquido transferidas para substratos de poliimida e tereftalato de polietileno. A introdução de impurezas, a seleção de dimensões estruturais e o uso de um substrato apropriado para materiais modificados em camadas 2D permitem controlar a transmissão de amostras para as faixas terahertz e infravermelho, que podem ser usadas para a criação de moduladores e componentes eficazes para THz sistemas de espectroscopia.

Introdução

O campo da espectroscopia de banda larga no domínio do tempo terahertz com base em lasers infravermelhos próximos de femtossegundos se tornou uma área de pesquisa ativa devido à sua aplicação prospectiva em controle não destrutivo [1], biomedicina [2], sistemas de segurança, comunicações de banda larga [3] e outros [4]. Apesar da promessa para aplicações e uso observado da tecnologia tanto na indústria quanto em projetos científicos, ainda há uma acentuada falta de materiais eficazes para geração, detecção, filtragem e modulação da radiação THz. Os materiais sólidos aplicáveis aos sistemas de espectroscopia no domínio do tempo THz (THz-TDS) podem ser classificados em vários grupos:cristais não lineares e semicondutores, cristais orgânicos e metamateriais, compostos e materiais 2D. Os materiais 2D apresentam uma solução promissora devido ao seu tamanho compacto e à possibilidade adicional de controlar as propriedades, modificando o número e a composição das camadas e do tipo de substrato.

Materiais em camadas que podem ser esfoliados para extrair camadas individuais podem ser agrupados principalmente em três classes [5]:grafeno e seus derivados, calcogenetos e óxidos. Grafeno [6–8], dissulfeto de molibdênio (MoS ₂ ) [9, 10], seleneto de bismuto Bi ₂ Se ₃ [11], disseleneto de tungstênio (WSe ₂ ) [12], dissulfeto de tungstênio (WS ₂ ) [13] e diferentes dispositivos baseados em heteroestruturas em camadas combinando vários materiais 2D individuais [14-16] já foram mostrados para demonstrar propriedades únicas e emocionantes nas faixas de frequência THz. Deve ser mencionado que, para fins de THz-TDS, os materiais que são estáveis à temperatura ambiente são mais adequados, pois tais materiais minimizam os requisitos operacionais adicionais que estão sendo colocados no sistema como um todo. O grafeno tem sido amplamente proposto para diferentes partes componentes de sistemas THz-TDS, especificamente como detectores [17], polarizadores [6], moduladores [18, 19] e guias de onda [20] e como um meio de geração de alta harmônica [21, 22] . WS em camadas ₂ também foi demonstrado como um gerador de THz [23, 24], como um modulador baseado em nanofolhas individuais [25] ou nanofolhas de multicamadas esfoliadas por líquido [13] e, além disso, como um modulador magneticamente ajustado [26, 27].

Normalmente, os materiais 2D são transferidos e suportados em um substrato. Como geração e detecção induzida por laser é usada em sistemas THz-TDS; portanto, as propriedades de um substrato devem ser investigadas nas faixas de infravermelho e banda larga THz, além das propriedades dos materiais 2D. Materiais de substrato com alta transparência nas faixas de frequência do infravermelho próximo e ampla THz são desejáveis. Materiais como silício, polietileno de alta densidade, politetrafluoroetileno (Teflon), copolímero de olefina cíclica (Topas), poliimida (Kapton), tereftalato de polietileno (PET) e outros [28] são normalmente usados em THz-TDS, pois cumprem os requisitos de transparência . No entanto, cada substrato tem uma influência única nas propriedades de um material 2D apoiado nele [29]. O efeito do substrato e do material 2D nas propriedades gerais de um dispositivo são intrinsecamente acoplados. Além disso, a topografia específica da região da interface pode afetar significativamente as propriedades. Portanto, ao estudar novas conformações de materiais 2D em combinação com diferentes substratos, o efeito geral deve ser levado em consideração.

Neste trabalho, demonstramos as propriedades de transmissão de estruturas únicas baseadas em grafeno intercaladas com um FeCl ₃ dopante [30] em substratos de vidro, safira e filme de poliimida Kapton. Este material não foi investigado anteriormente em relação aos problemas descritos acima dentro das faixas NIR e THz (0,1 - 2 THz). Também mostramos propriedades de thin WS ₂ filmes fabricados a partir de soluções líquido-cristalinas (LC) transferidas para substratos Kapton e PET nas mesmas faixas eletromagnéticas. O trabalho mostra que a introdução de impurezas dopantes, a seleção de dimensões estruturais e o uso de um substrato apropriado para materiais em camadas 2D permite controlar a transmissão de amostras para as faixas terahertz e infravermelho próximo, que podem então ser usadas para crie moduladores e componentes eficazes para os futuros sistemas de espectroscopia THz.

Métodos Experimentais

Fabricação de amostras

A Figura 1a ilustra as estruturas das diferentes amostras em camadas discutidas neste artigo. As amostras à base de grafeno (camada única - SLG; poucas camadas - FLG, 5-6 camadas atômicas; e grafeno multicamadas - MLG, 50-60 camadas atômicas) foram sintetizadas em catalisadores metálicos (cobre ou níquel) usando um vapor químico sistema de deposição (CVD) e metano como fonte de carbono. As amostras FLG e MLG foram então intercaladas (dando amostras denotadas i-FLG e i-MLG, respectivamente) com cloreto férrico (FeCl ₃ ) vapores em um sistema CVD, usando um processo estabelecido dentro de um forno de três zonas [30–32]. As amostras intercaladas foram transferidas para substratos de vidro, safira e Kapton com espessuras de 1 mm, 0,8 mm e 0,125 mm, respectivamente. Para conseguir a transferência, primeiro o grafeno intercalado foi revestido com polimetilmetacrilato (PMMA). O catalisador de metal foi então atacado usando uma solução concentrada de cloreto férrico para deixar apenas o grafeno intercalado no PMMA. Este foi então transferido para o substrato necessário e o PMMA removido por dissolução em acetona. As amostras intercaladas resultantes foram extensivamente caracterizadas em trabalhos anteriores [30, 31, 33-42]. Em particular, a microscopia eletrônica de varredura de alta resolução de amostras intercaladas é mostrada em [41]. Outras imagens de microscopia eletrônica de varredura (SEM) e microscopia de força atômica (AFM) das amostras são mostradas no arquivo adicional 1:Figura S1.

Estrutura de amostras e configuração experimental. a Representação da estrutura de amostras em camadas 1 - FeCl ₃ camadas intercaladas de grafeno, 2 - WS ₂ filme fabricado a partir da fase LC; b A configuração do espectrômetro de domínio do tempo terahertz de laboratório. O pulso fs é dividido por um divisor de feixe (BS) para os feixes da bomba e da sonda. O feixe da bomba é modulado por um chopper óptico (OM), passa pela linha de retardo e é focado no cristal InAs no ímã (M). Um filtro de Teflon (F1) é usado para cortar o feixe da bomba IV. Pulsos THz gerados são focados na amostra (S) e então colimados no cristal eletro-óptico (EOC) por espelho parabólico fora do eixo (PM). A polarização do feixe de prova é fixada por um prisma Glan (G). A mudança de polarização é registrada por uma placa de quarto de onda ( λ / 4), um prisma Wollaston (W) e um fotodetector balanceado (BPD). Amplificador lock-in (LA) e computador pessoal (PC) são usados para processamento de sinal

WS ₂ os filmes foram fabricados a partir de dispersões de dissulfeto de tungstênio cristalino líquido. Filmes de soluções de fase LC mostram maior homogeneidade do que aqueles fabricados a partir de dispersões não LC [43–45]. Para obter uma dispersão de fase LC, uma solução inicial de 500 mL foi preparada em um béquer selado. IPA foi usado como solvente e WS em massa ₂ partículas (Sigma-Aldrich 243639), com dimensões em torno de alguns mícrons em média como o soluto a uma concentração de 5 mg mL ⁻¹ . Para decompor o material, foi utilizado um processo de ultrassom em banho ultrassônico (James Products 120 W High Power 2790 mL Ultrasonic Cleaner) preenchido com água desionizada. Períodos de cinco horas de duração, separados por 30 min cada para evitar o aquecimento excessivo do solvente, foram usados para garantir a esfoliação suficiente da amostra. As dispersões resultantes foram então submetidas a um processo de centrifugação durante 10 min a 2.000 rpm para remover o material a granel residual e estreitar a distribuição dos tamanhos das partículas presentes na solução. Após a centrifugação, a solução foi fracionada, com apenas o sobrenadante extraído, para garantir que apenas partículas de tamanho adequado permanecessem. A solução resultante foi então seca sob vácuo (∼ 0,1 atm) em uma linha Schlenk para remover completamente o solvente, antes de ser redispersa em IPA novamente na concentração de 1, 5 e 100 mg mL ⁻¹ . Após a redispersão, as soluções foram novamente ultrasonizadas (por alguns minutos) para evitar que quaisquer partículas esfoliadas agregadas permanecessem nas soluções. Como a concentração é alterada significativamente após a etapa de centrifugação, é necessário restabelecer a concentração após essa etapa. A redispersão permite um conhecimento preciso das concentrações das soluções sem afetar as propriedades das partículas de material 2D dispersas. As dispersões de dissulfeto de tungstênio de todas as concentrações mostraram uma separação de fases, uma vez que a fração de volume da fase de cristal líquido foi inferior a 100%.

Esta solução foi então transferida para substratos Kapton e PET com espessura de 0,125 e 1 mm, respectivamente. Esses substratos foram escolhidos devido à sua baixa absorção na região de terahertz de 0,1 a 2,0 THz. Para transferência para Kapton, um método de lançamento de gota foi usado com 100 mg mL ⁻¹ dispersão. Para a primeira amostra (denotado WS ₂ S), 50 μ L de solução da fração de fase não LC de concentração superior e inferior foi lançado diretamente sobre o substrato Kapton e deixado secar. Para a segunda amostra (WS ₂ L), 50 μ Foi utilizado L de solução da fração da fase LC de concentração inferior e superior. Amostras fundidas foram secas em uma placa quente a 70 ^circ C por 5 min. Em ambos os casos, os tamanhos de partículas individuais foram medidos por microscopia de força atômica e microscopia eletrônica de varredura, com tamanhos médios determinados como 2,5 μ m ² lateralmente e espessura de 3,9 nm. A diferença foi a espessura total do filme significativamente maior para a amostra L em relação à amostra S, devido à maior concentração de dissulfeto de tungstênio na fração da fase de cristal líquido. Para transferência para PET, um método de transferência de filme fino foi usado. Os primeiros 20 mL da solução cristalina líquida foram filtrados usando um frasco de Büchner sob vácuo - sob vácuo - em uma membrana de politetrafluoroetileno nano porosa. O filme na membrana foi então transferido para o substrato usando um método assistido por calor e IPA. O substrato foi ligeiramente umedecido com IPA durante o aquecimento a 70 ^circ C em um prato quente. A membrana foi rapidamente transferida para o substrato e, à medida que o IPA evaporou através da membrana, a fina película de dissulfeto de tungstênio foi liberada da membrana e, portanto, transferida para o substrato após a remoção da membrana. Duas amostras foram produzidas - uma de 1 mg mL ⁻¹ dispersão (WS ₂ _LC) e o outro de 5 mg mL ⁻¹ dispersão (WS ₂ _HC). Novamente, os tamanhos médios de partícula de dissulfeto de tungstênio individual foram determinados como 2,5 μ m ² lateralmente e espessura de 3,9 nm. As espessuras gerais do filme foram determinadas em aproximadamente 1 e 10 μ m respectivamente. A Figura 3 mostra SEM e imagens ópticas do WS ₂ amostras. Em ambos os casos, a uniformidade da cobertura é perceptível. A partir da análise de SEM, pode-se ver que a maioria das partículas está bem alinhada com o substrato, embora algumas partículas (normalmente menores) estejam alinhadas perpendicularmente ao substrato. Este alinhamento geral é esperado ao depositar filmes finos de dispersões LC [43-46].

Espectroscopia Raman

As medidas de espectroscopia Raman foram realizadas usando um espectrômetro Raman (Renishaw) com luz incidente polarizada linearmente em um comprimento de onda de 532 nm e potência aproximada de 0,1 mW. Os espectros foram coletados com um tempo de acumulação de 10 s.

Espectroscopia de alcance visível e infravermelho

As medições da transmissão de amostras intercaladas de grafeno e filmes de dissulfeto de tungstênio nas faixas do infravermelho próximo e visível foram realizadas usando um espectrofotômetro de classe de pesquisa (Evolution-300). Este espectrômetro permite a medição da transmitância na faixa de 190–1100 nm com desvio padrão de 10 medições <0,05 nm e precisão fotométrica de 1%.

Espectroscopia Terahertz

A transmissão na faixa THz foi investigada por um sistema de espectroscopia no domínio do tempo THz de laboratório [47, 48] que é sistematizado na Fig. 1b. Nesse sistema, a geração de radiação THz é baseada na retificação óptica de pulsos de femtossegundos em um cristal InAs localizado em um campo magnético [49]. A radiação de laser de femtossegundo de um oscilador fs de estado sólido dopado com Yb (comprimento de onda central 1050 nm, duração 100 fs, energia de pulso 70 nJ, taxa de repetição 70 MHz) é dividida por um divisor de feixe (BS) para os feixes da bomba e da sonda. O feixe da bomba - modulado por um chopper óptico - passa por uma linha de retardo e é focado no cristal InAs do gerador de THz colocado no ímã (M) com campo T de 2,4. Um filtro de Teflon (F1) é usado para cortar o feixe da bomba IV. A radiação THz (potência média estimada de 30 μ W, FWHM ± 1,8 ps) é focado na incidência normal na amostra (S). O pulso THz transmitido é colimado por um cristal eletro-óptico de CdTe (EOC) orientado para [100] para detecção de EO por um espelho parabólico fora do eixo (PM). A polarização do feixe de prova é fixada por um prisma Glan (G) em 45 ^circ em relação à polarização THz. O feixe de prova também é focado no mesmo ponto do cristal CdTe. A birrefringência no cristal de CdTe induzida pelo campo elétrico do pulso THz altera a polarização do feixe de prova. A mudança de polarização é medida usando uma placa de um quarto de onda ( λ / 4), um prisma Wollaston (W) e um fotodetector balanceado (BPD). Uma técnica de amplificação lock-in (LA) é usada para aumentar a relação sinal-ruído. O sinal amplificado é então transferido para o computador por meio de um conversor analógico-digital.

As medições THz-TDS foram realizadas várias vezes em diferentes pontos das amostras e os valores médios foram obtidos. O tamanho do feixe nesta configuração é de cerca de 3 mm. A transmitância integral da superfície da amostra foi medida. As dependências de tempo obtidas do campo elétrico de pulso THz (formas de onda) sem a presença de amostras, quando passadas por substratos, e quando passadas por filmes em substratos, foram usadas para calcular espectros no domínio da frequência THz por meio da análise de Fourier. As amplitudes transmitidas foram então comparadas para diferentes amostras.

Resultados e discussões

A espectroscopia Raman pode ser usada para determinar o número de camadas, a ordem em que as camadas são colocadas, orientação, dopagem, deformação e outras propriedades de materiais bidimensionais [50]. Os espectros Raman para amostras à base de grafeno em vidro (Fig. 2a) foram obtidos e a análise dos principais modos Raman característicos (Arquivo adicional 1:Tabela S1) foi realizada. Como pode ser visto na Fig. 2a para todos os tipos de grafeno (SLG, FLG, MLG) no vidro, a localização do G pico varia ligeiramente no intervalo 1582–1591 cm ⁻¹ . Considerando que o 2 D a posição de pico do SLG em comparação com o MLG sofre um significativo ⁻¹ de 41 cm upshift. Combinado com as posições do G e 2 D picos, a relação de intensidade I _{2 D} / eu _G é determinado pelo número de camadas e pela alta qualidade das amostras de grafeno empregadas. Picos adicionais são observados para SLG, FLG e i-FLG no vidro em cerca de 1100 cm ⁻¹ . Na verdade, esse comportamento se deve ao aumento da influência do substrato de vidro na estrutura mais fina e transparente dessas amostras de grafeno. Os espectros Raman para amostras à base de grafeno em vários substratos são mostrados na Fig. 2b e analisados (arquivo adicional 1:Tabela S2). Grafeno típico G e 2 D picos são observados para amostras multicamadas em Kapton (1579, 2721 cm ⁻¹ ) e vidro (1582, 2721 cm ⁻¹ ) substratos, respectivamente. A influência do substrato causa a mudança das principais características espectrais para números de onda maiores [51, 52]. Enquanto isso, o 2 D pico (2703 cm ⁻¹ ) e divisão do G pico (1585, 1612, 1625 cm ⁻¹ ) foram observados para grafeno intercalado de poucas camadas na safira. O modo vibracional adicional de G pico origina-se da transferência de carga de FeCl ₃ para o grafeno, o que resulta em uma mudança para cima do G -band (Fig. 2c). A mudança do G -bandar para G 1 =1612 cm ⁻¹ é uma assinatura de uma folha de grafeno com apenas um FeCl ₃ adjacente camada, a mudança para G 2 =1625 cm ⁻¹ caracteriza uma folha de grafeno imprensada entre dois FeCl ₃ camadas, enquanto FeCl distribuído aleatoriamente ₃ dopantes, impurezas ou cargas superficiais dão origem ao G Pico 0 com uma mudança Raman que varia entre G em grafeno puro e G 1 [30, 53]. O 2 D o pico para essas amostras é de 18 cm ⁻¹ reduzido. Essas alterações são causadas pelo menor número de camadas de grafeno, sua estrutura e a influência do intercalante. A relação de intensidade I _{2 D} / eu _G para as amostras é igual a 0,8 (MLG em Kapton e vidro) e 1,4 (i-FLG em safira). Não há evidência do pico D para todas as amostras de grafeno analisadas, indicando alta qualidade e estabilidade do sp ² - arranjo de carbono hibridizado. A aparência fraca do D pico para i-FLG em safira (Fig. 2b) pode ser observado devido a defeitos estruturais ou nas bordas que ocorrem após a intercalação. Assim, não há influência significativa do substrato nas características estruturais do grafeno de diferente natureza.

Espectros Raman de amostras à base de grafeno em estudo. Espectros Raman das diferentes amostras de grafeno em vidro a e diferentes substratos b realizado usando um sistema de excitação a laser de 532 nm com uma objetiva de microscópio de 40 x e tempo de integração de 10 s para uma única varredura. c mostra a divisão do G pico em 3 picos em uma amostra i-FLG. Conforme relatado anteriormente, a mudança Raman de G para G 0, G 1 e G 2 hastes para uma folha de grafeno com FeCl distribuído aleatoriamente ₃ moléculas, uma ou duas FeCl ₃ adjacentes camadas como mostrado pela estrutura de cristal esquemática

Espectros Raman, fotografia e imagens SEM de WS ₂ amostra em estudo. a Espectro Raman de algumas camadas WS ₂ filme em silicone. b Foto do filme drop cast de WS ₂ em Kapton. c - e Imagens SEM do filme drop cast de WS ₂ em Kapton com ampliações de c × 2000, d × 8000 e e × 40000

A Figura 3a ilustra o espectro Raman para o filme de dissulfeto de tungstênio transferido do estado LC para um substrato de silício sobre isolante. Os picos típicos específicos para WS cristalino ₂ E _{2 g} e A _{1 g} pode ser visto no espectro. Usando o mapeamento Raman para os filmes finos, alta homogeneidade do sinal Raman foi observada em grandes áreas.

Os espectros de transmissão nas faixas de infravermelho próximo-visível de baseados em grafeno e WS ₂ as amostras são mostradas na Fig. 4a eb, respectivamente. A informação experimental obtida representa a transmitância integral das amostras. As perdas por espalhamento causadas pela rugosidade da superfície não são avaliadas separadamente; apenas a contribuição geral da amostra para a radiação transmitida é levada em consideração. A intercalação do grafeno leva a um aumento da transmissão da amostra na faixa de 700-1100 nm. O aumento pode ser explicado pelo bloqueio de Pauli ocorrendo devido ao preenchimento da banda [54, 55]. Por exemplo, em um comprimento de onda de 1000 nm, a transmitância de grafeno de poucas camadas intercalado (i-FLG) no vidro é aumentada em 10%. Este fato deve ser levado em consideração ao usar componentes baseados em grafeno intercalado em sistemas THz-TDS, onde interagem com radiação THz e IR.

Transmissão das amostras nas faixas do visível e infravermelho. a Transmissão de diferentes quantidades de camadas de grafeno em substratos de vidro e Kapton na faixa de UV-NIR (SLG, MLG, i-MLG). b Transmissão de WS ₂ filme fabricado a partir de soluções de fase LC de diferentes concentrações. WS ₂ _LC amostra foi produzida a partir de 1 mg mL ⁻¹ solução e WS ₂ _HC de 5 mg mL ⁻¹ solução

Variando as dimensões da estrutura, especificamente a espessura do filme, de 1 a 10 μ m para WS ₂ Filmes finos baseados em LC em tereftalato de polietileno (PET) causam uma mudança na transmissão na faixa de 400–1100 nm de até 35%. Isso é esperado devido à maior densidade óptica geral do filme mais espesso produzido a partir da solução de concentração mais alta.

Espectros de transmissão de radiação THz de banda larga (0,2-1 THz) através de intrínseca e FeCl ₃ amostras intercaladas à base de grafeno em substratos de Kapton são apresentadas na Fig. 5a. Neste caso, os espectros de transmissão relativos ao ar são apresentados. Ao aumentar o número de camadas, podemos observar uma diminuição na transmissão da amostra para todos os substratos em estudo. Esta dependência da transmissão em função do número da camada é linear para as diferentes frequências e diferentes substratos (Fig. 5b), como foi mostrado anteriormente [37, 56]. Este resultado mostra que para o grafeno puro, o aumento do número da camada não altera o coeficiente de absorção do material na faixa de frequência THz (0,1–1 THz). Para encontrar a influência do FeCl ₃ intercalação, observamos a transmissão em relação ao substrato. A Figura 5c mostra a transmissão de grafeno com poucas camadas intercaladas (i-FLG) em substratos de vidro, safira e Kapton. A influência da intercalação e do tipo de substrato pode ser observada na faixa de 0,4–0,8 THz. É demonstrado em iluminação relativa (para o caso de poliimida até 30%) e aumento da absorção (para o caso de substrato de safira até 30%). É altamente provável que essas mudanças sejam devidas ao espalhamento pelo grafeno FeCl ₃ estrutura intercalada. Nesse caso, o substrato afeta a estrutura das camadas de material transferido e, como resultado, a radiação THz em diferentes frequências é espalhada de maneiras diferentes.

O estudo experimental de amostras de grafeno modificado por espectroscopia no domínio do tempo THz. a Espectros de transmissão de grafeno em camadas em diferentes modificações (SLG, grafeno de camada única, grafeno de poucas camadas FLG, grafeno de multicamadas MLG, i-FLG e i-MLG FeCl ₃ intercaladas) em substrato de poliimida Kapton. b A transmissão em função da quantidade da camada de grafeno para frequências de 0,5 e 0,7 THz em substratos de Kapton e vidro. c Transmissão de grafeno em camadas em relação a diferentes substratos

WS ₂ no substrato Kapton, mostrado para diferentes espessuras de filme conforme descrito nos métodos experimentais, é bastante transparente na faixa de THz (Fig. 6). A transmissão pode ser variada escolhendo uma concentração apropriada da solução LC que é então transferida para o substrato e, portanto, controlando a espessura da película fundida. A transparência na faixa THz é muito útil para aplicativos de geração, detecção e modulação para dispositivos THz. Foi mostrado [46] que para a faixa visível, esse tipo de dispersão de LC de dissulfeto de tungstênio esfoliado em fase líquida pode demonstrar dicroísmo sintonizado magneticamente na fase líquida. A influência da parte magnética do campo eletromagnético na faixa THz é mais perceptível do que na faixa visível, então pode-se prever que a influência do campo magnético THz em tais materiais pode ser elucidada. Pode-se presumir que, com a ajuda de WS ₂ , será possível controlar o campo magnético do pulso THz, como foi mostrado no conceito de dispositivos osciladores THz movidos por corrente de spin [57]. Essas amostras também podem ser usadas como moduladores sintonizados magneticamente em sistemas THz-TDS.

Transmissão de WS ₂ amostras na faixa de frequência THz. Espectros de WS ₂ filmes em substratos Kapton, produzidos a partir de fração de baixa concentração não LC (WS ₂ S) e da fase LC, fração de alta concentração (WS ₂ EU)

Conclusões

Em resumo, as propriedades de transmissão de materiais em camadas 2D com base em grafeno e dissulfeto de tungstênio em faixas de infravermelho próximo e terahertz são demonstradas. Estruturas únicas baseadas em grafeno intercaladas com FeCl ₃ dopante em substratos de vidro, safira e poliimida Kapton, bem como WS fino ₂ filme fabricado a partir de soluções de cristal líquido transferidas para substratos de Kapton e PET foram observados. A introdução de impurezas, a intercalação, a seleção de dimensões estruturais e o uso de um substrato apropriado para materiais modificados em camadas 2D permitem controlar a transmissão de amostras para as faixas terahertz e infravermelho, que podem ser usadas para a criação de moduladores eficazes e componentes para sistemas de espectroscopia THz. Este trabalho representa resultados orientados a aplicações para estudos futuros, que se concentrarão em novos dispositivos para sistemas de espectroscopia no domínio do tempo em terahertz.

Disponibilidade de dados e materiais

Os conjuntos de dados usados e analisados durante o estudo atual estão disponíveis junto ao autor correspondente, mediante solicitação razoável.

Abreviações

AFM:: Força atômica microscópica
CVD:: Deposição de vapor químico
EO:: Elecrto-óptico
FLG:: Poucas camadas de grafeno
i-FLG:: Grafeno de poucas camadas intercaladas
i-MLG:: Grafeno multicamadas intercaladas
i-SLG:: Grafeno de camada única intercalado
IPA:: Isopropanol
LC:: Cristal líquido
MLG:: Grafeno multicamadas
PET:: Tereftalato de polietileno
PMMA:: Metacrilato de polimetila
SEM:: Microscopia eletrônica de varredura
SLG:: Grafeno de camada única
THz-TDS:: Espectroscopia de domínio de tempo Terahertz

Modificação do óxido de grafeno reduzido pela condução de polímero por meio de um método de polimerização hidrotérmica e sua aplicação como eletrodos de armazenamento de energia Impactos do Cu-doping no desempenho de dispositivos RRAM baseados em La

Nanomateriais

Materiais Poliméricos

biológico

Corante

Especiarias