Um controle flexível sobre o comportamento eletromagnético do oligômero de grafeno ajustando o potencial químico

Resumo

Neste trabalho, demonstramos que as propriedades eletromagnéticas do oligômero de grafeno podem ser drasticamente modificadas por modificações locais dos potenciais químicos. As variações do potencial químico de diferentes posições no oligômero de grafeno têm diferentes impactos nos espectros de extinção e nos campos eletromagnéticos. A adaptação flexível das localizações dos campos eletromagnéticos pode ser alcançada pelo ajuste preciso dos potenciais químicos dos nanodiscos de grafeno nas posições correspondentes. As nanoestruturas propostas neste trabalho levam à aplicação prática de dispositivos plasmônicos baseados em grafeno como nanosenseamento, captura de luz e fotodetecção.

Introdução

Recentemente, um número crescente de componentes e estruturas de sub comprimento de onda têm sido projetados e fabricados com base em metamateriais (MMs) que ganham destaque pela versatilidade de controlar os comportamentos eletromagnéticos (EM) [1]. MMs suportam fenômenos únicos que não podem existir na natureza, incluindo índice de refração negativo [2], transmissão ótica extraordinária [3] e transparência induzida eletromagneticamente [4]. Devido às propriedades únicas de MMs, os nanodispositivos compostos de MMs têm vantagens mais proeminentes de que os nanodispositivos possuem capacidade pronunciada e flexível para regular e controlar comportamentos EM, o que leva o desenvolvimento de nanodispositivos em direção à alta qualidade e integrabilidade. MMs plasmônicos é um tipo de metamaterial que explora plasmons de superfície (SPs) para alcançar novas propriedades optoelétricas [5, 6]. SPs são as oscilações de elétrons livres no metal, originadas da interação da luz com materiais dielétricos. Sob certas circunstâncias, a interação da luz incidente com os plasmons de superfície é capaz de produzir ondas eletromagnéticas de propagação e auto-sustentação, conhecidas como polaritons de plasmon de superfície (SPPs), que se propagam ao longo da interface metal-dielétrica [7]. Os SPPs são muito mais curtos do que a luz incidente em comprimento de onda, o que é adequado para nanoestruturas com pegada de comprimento de onda [8]. A luz que atinge os MMs plasmônicos é transformada em SPPs, levando ao aparecimento de forte localização de campo nessas estruturas nas frequências de ressonância. As propriedades EM das estruturas plasmônicas são controladas principalmente por sua geometria, tornando possível otimizar os comportamentos elétrico e magnético em uma ampla faixa [9,10,11,12]. Na prática, litografia por feixe de elétrons e moagem por feixe de íons focalizados são dois métodos comuns para fabricar estruturas plasmônicas em substratos planos. Os excelentes comportamentos EM decorrem das características únicas de estruturas plasmônicas com características menores do que o comprimento de onda da luz separada por distâncias de sub-onda, revelando uma maneira impressionante de projetar aplicações em nanoescala, como detecção [13], espectroscopias aprimoradas de superfície [14] e óptica não linear [15]. Os MMs plasmônicos mais comuns são compostos de ouro e prata que exibem permissividade real negativa [16]. Porém, metais nobres possuem perda ôhmica relativamente grande e baixa flexibilidade que uma vez que a estrutura é fixada, os comportamentos EM não podem ser otimizados ainda mais, o que restringe o desenvolvimento de nanodispositivos baseados em estruturas plasmônicas [17, 18].

O grafeno é um material bidimensional feito de sp ² hibridização de átomos de carbono na estrutura de rede em favo de mel. Devido aos comportamentos inigualáveis na eletrônica e também na fotônica do grafeno, vários grupos de pesquisa investigam o grafeno com diferentes métodos para criar estruturas plasmônicas que exibem menores perdas, maior confinamento e sintonia dos campos EM [19,20,21,22,23] . O grafeno é capaz de acomodar SPPs em ampla faixa de frequências terahertz a infravermelho médio [24,25,26]. O grafeno tem grande potencial para melhorar as interações luz-matéria em um regime bidimensional devido aos SPs com forte confinamento de luz [27]. Os oligômeros de grafeno constituem moléculas plasmônicas (PMs) por meio de interações entre componentes, onde os campos EM com intensidades de campo fortes seguem simetrias análogas ao acoplamento de átomos em moléculas químicas [28]. Alterando o potencial químico do grafeno, os PMs de grafeno podem atingir alta qualidade e flexibilidade [29]. No entanto, existem parâmetros de estrutura mais ajustáveis, como o potencial químico do grafeno em diferentes posições para nanoestruturas de grafeno para controlar os comportamentos EM. A maioria das nanoestruturas de grafeno relatadas concentra-se na mudança do potencial químico de toda a estrutura, o que é insuficiente para elucidar a relação entre o potencial químico do grafeno em posições diferentes e os comportamentos EM da nanoestrutura de grafeno. As nanoestruturas de grafeno propostas podem estimular propriedades EM mais extraordinárias e afetarão uma ampla gama de aplicações plasmônicas.

Para verificar os mecanismos de efeito de PMs baseados em grafeno, um estudo numérico sobre o oligômero de grafeno consistindo de 13 nanodiscos de grafeno de tamanhos iguais foi sistemicamente conduzido por variação intencional do potencial químico de grafeno parcial neste trabalho. O oligômero de grafeno com D _12h a simetria é capaz de sustentar dois modos plasmônicos na faixa calculada. A utilização posterior do oligômero de grafeno depende do controle preciso do potencial químico local do grafeno. Ao variar seletivamente os potenciais químicos do oligômero de grafeno, os dois modos plasmônicos inatos são profundamente modulados. O ajuste do potencial químico de nanodiscos de grafeno proeminentes em dois modos plasmônicos, respectivamente, tem influência diferente em dois modos plasmônicos. A mudança do potencial químico da parte de intersecção entre os dois modos plasmônicos intensifica as duas ressonâncias plasmônicas e leva à degeneração dos modos plasmônicos. Além disso, a mudança do potencial químico do nanodisco de grafeno central também afeta significativamente as propriedades EM do oligômero de grafeno. Os resultados simulados mostram que o oligômero de grafeno possui alta capacidade de ajuste e flexibilidade e fornece novos graus de liberdade para o projeto de nanodispositivos plasmônicos capazes de ajustar o confinamento de luz bidimensional.

Métodos e modelos simulados

Em nosso modelo, o grafeno é tratado como uma película fina com uma espessura de camada de átomo ∆ e modelado por uma permissividade complexa ε [22].
$$ \ upvarepsilon =1 + \ frac {i {\ sigma} _g {\ eta} _0} {k_0 \ Delta}, $$ (1)
onde ∆ =0,334 nm, σ _g é a condutividade de superfície complexa do grafeno, ŋ ₀ =377 Ω representa a impendência do espaço livre, e k ₀ =2 π / λ é o número de onda da luz no ar. A condutividade de superfície complexa σ _g da monocamada de grafeno é modelado pela formulação de Kubo, que consiste em contribuições de espalhamento elétron-fóton intrabando σ _intra e transição elétron-elétron interband σ _inter [30],
$$ {\ sigma} _g ={\ sigma} _ {intra} + {\ sigma} _ {inter}, $$ (2)
Onde
$$ {\ sigma} _ {intra} =\ frac {2 {e} ^ 2 {k} _BT} {\ pi {\ mathrm {\ hslash}} ^ 2} \ cdot \ frac {i} {\ omega + i {\ tau} ^ {- 1}} \ left [\ ln \ left (2 \ cosh \ left (\ frac {\ mu_c} {k_BT} \ right) \ right) \ right], $$ (3) $ $ {\ sigma} _ {inter} =\ frac {e ^ 2} {4 \ mathrm {\ hslash}} \ left [\ frac {\ sinh \ left (\ frac {\ mathrm {\ hslash \ upomega}} { 2 {k} _BT} \ right)} {\ cosh \ left (\ frac {\ mu_c} {k_BT} \ right) + \ cosh \ left (\ frac {\ mathrm {\ hslash \ upomega}} {2 {k } _BT} \ right)} - \ frac {i} {2 \ pi} \ ln \ frac {{\ left (\ mathrm {\ hslash} \ omega +2 {\ mu} _c \ right)} ^ 2} { {\ left (\ mathrm {\ hslash} \ omega -2 {\ mu} _c \ right)} ^ 2 + {\ left (2 {k} _BT \ right)} ^ 2} \ right]. $$ (4)
Nessas equações, e é a carga de um elétron, ℏ é a constante de Planck reduzida, k _B é a constante de Boltzmann, T é a temperatura definida como 300 K, τ é o tempo de relaxamento do momento definido como 0,5 ps, ω é a frequência em radianos e μ _c é o potencial químico do grafeno.

Incorporamos matrizes de nanodisco de grafeno em um oligômero de grafeno com D _12h simetria (Fig. 1a) para investigar os comportamentos EM. O oligômero de grafeno consiste em 13 nanodiscos de grafeno de tamanhos iguais, onde um nanodisco é colocado no centro e os outros o cercam com simetria de dodecágono. O raio do círculo concêntrico adendo R ₀ é de 240 nm e o raio de nanodiscos individuais R ₁ é de 50 nm. O oligômero de grafeno composto por grande número de nanodiscos de grafeno tem vantagem em seleções flexíveis para alterar potenciais químicos. Como mostrado na Fig. 1b, o oligômero de grafeno é rodeado com ar descrito por um índice de refração n ₁ =1 e adere a um substrato de sílica com um índice de refração n ₂ =1,5. A luz incidente é vertical ao oligômero de grafeno e a polarização é ao longo do eixo y. Teoricamente, o índice de refração efetivo do grafeno é descrito por
$$ {n} _ {eff} =\ frac {2i {\ varepsilon} _ {\ mathrm {e} ff} {\ varejpsilon} _0c} {\ sigma_g}. $$ (5)
onde ε _eff é a permissividade efetiva da mídia ambiental, ε ₀ é a permissividade do vácuo e c é a velocidade da luz no vácuo. De acordo com as equações (2, 3, 4 e 5), verifica-se que n _eff é uma função de μ _c e a relação é traçada na Fig. 1c e d, o que significa que a ressonância de nossa estrutura proposta pode ser modificada de forma expedita por meio da manipulação do potencial químico do grafeno. Deve-se ressaltar que | Im ( n _eff ) | / | Re ( n _eff ) | é significativamente pequeno. Então, a parte real de n _eff afeta principalmente os resultados do cálculo e a parte imaginária de n _eff tem pouco efeito em nosso modelo com alteração do potencial químico. Portanto, negligenciamos o efeito da parte imaginária de n _eff neste estudo.

a O diagrama esquemático do oligômero de grafeno com simetria D _12h consistindo em 13 discos de grafeno idênticos. b O modelo de simulação do oligômero de grafeno. O oligômero de grafeno é colocado no substrato de sílica com n ₂ =1,5 e está rodeado de ar com n ₁ =1. c , d A parte real e a parte imaginária de n _eff com o potencial químico do grafeno variando de 0,4 a 0,8 eV

Os campos elétricos e os espectros de extinção do oligômero de grafeno são calculados no software comercial do método de elementos finitos (FEM), COMSOL Multi-Physics, RF Module. A seção transversal de extinção σ _ext é obtido como σ _ext = σ _sc + σ _abs , onde σ _sc corresponde à seção transversal de espalhamento
$$ {\ sigma} _ {sc} =\ frac {1} {I_0} \ int \ int \ left (\ overrightarrow {n} \ cdot \ overrightarrow {S_ {sc}} \ right) dS, $$ (6 )
e a seção transversal de absorção σ _abs , é determinado por
$$ {\ sigma} _ {abs} =\ frac {1} {I_0} \ int \ int \ int \ kern0.5em QdV. $$ (7)
Nessas equações, eu ₀ é a intensidade do incidente. \ (\ overrightarrow {n} \) representa o vetor normal apontando para fora do nanocluster plasmônico, \ (\ overrightarrow {S_ {SC}} \) indica o vetor de Poynting para o campo espalhado. O integral na Equação (6) é obtido sobre a superfície fechada da dispersão. Q é a densidade de perda de potência no oligômero. A integral na equação (7) é considerada seu volume. Os espectros de extinção são calculados na faixa de comprimento de onda selecionada do infravermelho médio. A camada perfeitamente combinada (PML) é aplicada em torno da nanoestrutura proposta para evitar os campos de luz refletidos. A espessura do grafeno é dividida em pelo menos cinco camadas para garantir a precisão da simulação.

Resultados e discussões da simulação

O efeito da alteração do potencial químico local de nanodiscos de grafeno em modos plasmônicos

Para a estrutura proposta, os espectros de extinção (Fig. 2) exibem duas ressonâncias proeminentes associadas à excitação de plasmons no oligômero de grafeno. O oligômero de grafeno é capaz de sustentar dois modos plasmônicos, ambos sensíveis ao potencial químico do grafeno μ _c . Variando μ _c de todo o oligômero de grafeno de 0,4 eV a 0,6 eV, as duas ressonâncias plasmônicas tornam-se intensas e as posições se movem para uma faixa de frequência mais alta simultaneamente. O distinto aumento da absorção no oligômero de grafeno é atribuído à promoção da densidade do portador com o aumento de μ _c , que cria uma lacuna ótica onde os plasmons evitam ser extintos por meio do acoplamento aos pares elétron-buraco (amortecimento de Landau). O aumento das transições do par elétron-buraco virtual permitido dá origem à interação significativa de nanodiscos de grafeno coerentemente acoplados que intensifica o máximo de extinção [21]. Escolhemos o espectro de extinção com μ _c =0,5eV como o benchmark e os dois picos marcados por A ₀ e B ₀ representam dois modos plasmônicos diferentes e os campos elétricos correspondentes são apresentados na Fig. 2b. Fortes campos elétricos concentrados aparecem como pontos quentes eletromagnéticos em nanoescala e levam ao aumento da extinção. Para pico A ₀ , os pontos quentes concentram-se principalmente nos oito nanodiscos na parte superior e inferior e, especialmente, nos quatro nanodiscos nas posições mais altas e mais baixas da nanoestrutura. Para pico B ₀ , os pontos quentes concentram-se principalmente nos oito nanodiscos no lado esquerdo e no lado direito, e os quatro nanodiscos mais brilhantes estão nas posições mais à esquerda e à direita na nanoestrutura, que é perpendicular ao modo de pico A ₀ . Com base nas diferentes distribuições de campo elétrico do pico A ₀ e B ₀ , definimos o modo do pico A ₀ como modo Y e o modo de pico B ₀ como modo X para uma expressão clara. Os quatro nanodiscos de grafeno mais brilhantes no modo Y são extremamente escuros no modo X e vice-versa. Outros quatro nanodiscos de grafeno compostos por um quadrado são relativamente brilhantes tanto no modo Y quanto no modo X, definidos como a parte da interseção. Dividimos os nanodiscos de grafeno periféricos em três partes com diferentes potenciais químicos μ _{c 1} , μ _{c 2} e μ _{c 3} respectivamente (mostrado na Fig. 3a eb). Os nanodiscos com μ _{c 2} ou μ _{c 3} são as partes mais brilhantes no modo Y ou no modo X. O potencial químico da parte e centro da interseção μ _{c 1} mantém 0,5 eV no próximo cálculo. No início, μ _{c 2} aumenta para 0,6 eV e outros mantêm 0,5 eV (mostrado na Fig. 3a). Então μ _{c 3} aumenta para 0,6 eV e outros mantêm 0,5 eV (mostrado na Fig. 3b). Alterando μ _{c 2} ou μ _{c 3} a 0,6 eV respectivamente, uma série de variações espectrais aparecem visivelmente na Fig. 3c. Podemos ver que, alterando o potencial químico dos nanodiscos de grafeno seccionais e deixando os outros parâmetros constantes, uma reconfiguração flexível da forma espectral geral é obtida, manifestada por uma mudança sistemática na altura de dois picos de ressonância. Na Fig. 3d, os campos elétricos do modo Y variante e modo X são plotados em detalhes. Conforme mostrado na Fig. 1c, a parte real de n _eff é inversamente proporcional ao potencial químico. Assim, quando o potencial químico aumenta, o confinamento da luz incidente torna-se fraco. O mecanismo de alteração do potencial químico local no oligômero de grafeno é que, o aumento do potencial químico reduz a interação entre a luz e os nanodiscos de grafeno e empurra os pontos quentes para os nanodiscos circundantes. Se a orientação de empurrar for para o local de forte ressonância plasmônica, a ressonância é notavelmente fortalecida, caso contrário, é reduzida. Isso significa que o efeito da alteração do potencial químico local depende das distribuições de campo elétrico de diferentes modos. Quando μ _{c 2} aumenta para 0,6 eV, pico A ₀ diminui significativamente e muda para o vermelho para o pico A ₁ devido ao fraco confinamento dos quatro nanodiscos de grafeno mais brilhantes para a luz de incidência, onde os pontos quentes se concentram principalmente na parte da interseção. Simultaneamente, pico B ₀ aumentar significativamente e mudar para o azul para o pico B ₁ , o que é atribuído ao fato de que o aumento de μ _{c 2} aprimorar suficientemente o modo X. Para μ _{c 3} =0,6 eV, é o contrário. Pico A ₀ aumenta ligeiramente e o vermelho muda para o pico A ₂ decorrente do aprimoramento do modo Y com μ _{c 3} aumentando. Nesse ínterim, pico B ₀ o azul muda para o pico B ₂ e diminui com a concentração de pontos quentes na parte da interseção, que está de acordo com o pico A ₁ .

a Os espectros de extinção do oligômero de grafeno com potencial químico variando de 0,4 a 0,6 eV. b Os campos elétricos simulados (| E |) nos dois picos de ressonância

a , b Ilustração esquemática de nanodiscos de grafeno seletivos com mudança de potencial químico diferente no oligômero de grafeno. c Os espectros de extinção com diferentes potenciais químicos. d O campo elétrico simulado (| E |) nos picos de ressonância A ₀ , A ₁ e A ₂ , B ₀ , B ₁ e B ₂

Essas variações do modo Y e do modo X dão origem à descida ou intensificação dos espectros de extinção. Um controle flexível sobre as curvas de extinção é obtido ajustando os comportamentos EM do modo Y e do modo X decorrentes da adição seletiva dos potenciais químicos dos nanodiscos de grafeno, o que abre um novo caminho para o projeto de nanodispositivos de grafeno com diferentes funções. Por exemplo, quando μ _{c 2} =0,6eV, pico A ₀ torna-se mais baixo enquanto o pico B ₀ intensifica significativamente, o que torna o oligômero de grafeno adequado para absorvedores de alta eficiência. Por outro lado, quando μ _{c 3} =0,6eV, os valores de dois picos se aproximam, o que é conveniente para projetar nanosensores de banda dupla.

O modo de aprimoramento aumentando o potencial químico da parte da interseção

Para os campos eletromagnéticos de dois modos plasmônicos, uma parte de interseção composta por quatro nanodiscos de grafeno entre dois modos plasmônicos aparece. Conforme mostrado na Fig. 3d, os campos elétricos se concentram principalmente nos quatro nanodiscos de grafeno na parte de interseção, alterando localmente o potencial químico. Portanto, acreditamos que o potencial químico da parte de interseção influencia significativamente as características EM do oligômero de grafeno e o perfil dos espectros de extinção. Redistribuímos os potenciais químicos no oligômero de grafeno. O potencial químico de quatro nanodiscos de grafeno na parte de interseção é definido como μ _{c 2} . O potencial químico de outros nanodiscos μ _{c 1} mantém-se em 0,5 eV (mostrado na Fig. 4a). Com base nos mecanismos de mudança do potencial químico local, o potencial químico crescente da parte da interseção intensifica tanto o modo Y quanto o modo X. Conforme mostrado na Fig. 4b, com o aumento de μ _{c 2} , o espectro de extinção é drasticamente modificado. Quando μ _{c 2} aumenta para 0,6 eV, os dois picos de ressonância têm uma promoção em comparação com μ _{c 2} =0,5 eV. É notado que há um novo pico de ressonância que aparece em torno do pico de ressonância do modo Y. Quando o μ _{c 2} aumenta ainda mais para 0,7 eV, os dois picos de ressonância tornam-se mais fortes e um novo pico de ressonância obviamente aparece em torno do pico de ressonância do modo Y. A elucidação do forte aumento dos picos de ressonância é que o aumento de μ _{c 2} intensifica com eficiência o modo Y e o modo X. O aumento de μ _{c 2} facilita as oscilações plasmônicas de quatro nanodiscos de grafeno no modo Y e no modo X respectivamente. O pico de ressonância do modo Y se dividindo em dois picos de ressonância é um processo de degeneração. Conforme mostrado na Fig. 4c, os dois picos de ressonância marcados por I e II têm os mesmos campos elétricos, mas os componentes do campo elétrico são diferentes. As direções de Ey dos picos I e II são perpendiculares entre si, que representam dois modos plasmônicos degenerando do modo Y. Os dois novos modos plasmônicos fundem-se originalmente no modo Y e os dois modos começam a se separar com μ _{c 2} aumentando. Além disso, os dois picos de ressonância degenerada com μ _{c 2} =0,6eV são muito maiores do que o pico de ressonância com μ _{c 2} =0,5eV. Desta forma, ao escolher os nanodiscos de grafeno da parte de interseção para aumentar seu potencial químico, pode-se melhorar todos os picos de ressonância nos espectros de extinção. É proposto aumentar a absorção de nanodiscos de grafeno alterando seletivamente os potenciais químicos de nanodiscos de grafeno adaptativos, o que ajuda a projetar nanodispositivos plasmônicos capazes de absorção de luz com alta eficiência.

a Ilustração esquemática de nanodiscos de grafeno seletivos com diferentes potenciais químicos para alterar o potencial químico da parte de interseção. b Os espectros de extinção com potencial químico crescente de interseção partem de 0,5 eV para 0,7 eV. c Os campos elétricos (| E |) e os campos elétricos da componente y (Ey) nos picos de ressonância I e II

O efeito do potencial químico do nanodisco central

Os nanodiscos de grafeno centrais introduzidos no oligômero de grafeno têm como objetivo permitir que as nanoestruturas possuam mais flexibilidade e investiguem ainda mais o efeito da mudança química local em diferentes posições. Devido à grande distância entre o nanodisco de grafeno central e os nanodiscos de grafeno periféricos, o nanodisco de grafeno central não pode se acoplar com os outros nanodiscos de grafeno em dois modos plasmônicos. Nesta seção, definimos o potencial químico do nanodisco de grafeno central como μ _{c 2} . Outros são definidos como μ _{c 1} mantendo 0,5 eV (mostrado na Fig. 5a). Alterando o potencial químico do nanodisco de grafeno central μ _{c 2} é capaz de modificar os campos EM do oligômero de grafeno sem alterar a geometria. Os resultados aumentam μ _{c 2} são mostrados na Fig. 5b e c. O aumento de μ _{c 2} aumenta as oscilações plasmônicas de nanodiscos de grafeno central. No entanto, quando o aumento de μ _{c 2} é relativamente pequeno, a força do oscilador do nanodisco de grafeno central não é suficiente para suportar o novo modo plasmônico e influenciar os modos intrínsecos, então o espectro de extinção μ _{c 2} =0,6eV quase não tem alteração em comparação com μ _{c 2} =0,5eV, onde dois picos de ressonância ainda aparecem (mostrado na Fig. 5b). Quando μ _{c 2} atinge um grande valor (0,8 eV), um novo pico de ressonância aparece obviamente no espectro de extinção (mostrado na Fig. 5c). A enorme melhoria das oscilações plasmônicas muda profundamente o perfil do espectro de extinção. O novo pico de ressonância origina-se da forte interação entre a luz incidente e o nanodisco de grafeno central, dos quais os campos EM se concentram principalmente no nanodisco de grafeno central, que é definido como o modo central. O pico de ressonância suportado pelo modo central é muito maior do que dois picos de ressonância intrínseca, enquanto os dois picos de ressonância intrínseca são drasticamente suprimidos e até mesmo desaparecem no espectro de extinção. O efeito de μ _{c 2} é diferente do efeito discutido anteriormente, porque o nanodisco de grafeno central não está contido nos modos plasmônicos inatos. O efeito de μ _{c 2} consiste em alterar o potencial químico de todo o oligômero de grafeno, que é discutido no início. Desta forma, aumentando μ _{c 2} , pode-se projetar o novo dispositivo plasmônico capaz de absorver a luz incidente de forma eficiente. Combinando com os estudos acima mencionados, o alfaiate flexível das localizações do campo eletromagnético pode ser alcançado pelo ajuste preciso dos potenciais químicos do nanodisco de grafeno em diferentes posições.

a Ilustração esquemática de nanodiscos de grafeno seletivos com diferentes potenciais químicos para alterar o potencial químico do nanodisco de grafeno central. b O espectro de extinção do oligômero de grafeno com o potencial químico do nanodisco de grafeno central μ _{c 2} =0,5eV e μ _{c 2} =0,6eV. c O espectro de extinção do oligômero de grafeno com o potencial químico do nanodisco de grafeno central μ _{c 2} =0,8eV. A inserção mostra os campos elétricos (| E |) no pico de ressonância

Na prática, a camada única atômica contínua de grafeno é primeiro cultivada usando um método de deposição de vapor químico otimizado com CH ₄ como fonte de carbono. Em seguida, o filme de grafeno é determinado como monocamada por medições Raman. A litografia de feixe de elétrons com poli (metacrilato de metila) (PMMA) como uma resistência de feixe de elétrons é usada para padronizar o filme de grafeno para produzir as nanoestruturas propostas, e a área exposta é removida pelo plasma de oxigênio, permanecendo o padrão de grafeno protegido por uma camada de PMMA com decolagem subsequente usando acetona. Então, o dispositivo está pronto para teste. O potencial químico pode ser ajustado através da manipulação de dopagem química e eletrostática. Para dopagem química, a alteração do potencial químico local pode ser realizada expondo os nanodiscos de grafeno necessários ao HNO ₃ vapor e simultaneamente evitando o contato entre outros nanodiscos de grafeno e HNO ₃ vapor. Para dopagem eletrostática, uma configuração de porta superior apropriada pode manipular localmente o potencial químico do grafeno, fornecendo tensão de porta superior.

Conclusões

Em conclusão, demonstramos a versatilidade do oligômero de grafeno para modificar os comportamentos EM e a forma de linha espectral variando o potencial químico do grafeno em nanoescala. As características são resumidas a partir dos campos elétricos e espectros de extinção dos vários potenciais químicos. Primeiro, ao alterar o potencial químico de dois nanodiscos de grafeno no modo Y e no modo X respectivamente, uma variação flexível de dois picos de ressonância aparece nos espectros de extinção. Os dois picos de ressonância podem ser aumentados ou reduzidos alterando os diferentes potenciais químicos do oligômero de grafeno. Em segundo lugar, aumentar o potencial químico da parte de interseção intensifica os dois picos de ressonância e dá origem à degeneração do modo Y. Terceiro, o alto potencial químico do nanodisco de grafeno central é capaz de suportar um forte pico de ressonância e, simultaneamente, restringir dois picos de ressonância inatos. A dependência do oligômero de grafeno no potencial químico sugere que se pode modificar o comportamento EM da nanoestrutura de grafeno com potencial químico sem modificar a geometria. Os estudos anteriores baseados em nanoestruturas de grafeno podem alterar apenas um pico de absorção, alterando o potencial químico do grafeno total [19,20,21,22,23], mas o método de alteração do potencial químico do grafeno neste artigo pode ajustar os espectros com flexibilidade, que traz à tona fenômenos EM mais extraordinários. No reino das aplicações práticas, nossos estudos fornecem um novo grau de liberdade para modificar os plasmônicos de grafeno, ajustando o potencial químico das nanoestruturas de grafeno. As nanoestruturas de grafeno fornecem uma plataforma fácil para cultivar os comportamentos EM com luz em duas dimensões, o que abre caminho para o projeto de nanodispositivos plasmônicos baseados em grafeno para nanosenseamento, captura de luz e fotodetecção.

Abreviações

EM:: Eletromagnética
MMs:: Metamateriais
PML:: Camada perfeitamente combinada
PMs:: Moléculas plasmônicas
SPPs:: Polaritons de plasmon de superfície
SPs:: Plasmões de superfície

Nanoalginatos via síntese de micela inversa:encapsulação de doxorrubicina e citotoxicidade do câncer de mama Potencial antioxidante de Artemisia capillaris, Portulaca oleracea e Extratos de Prunella vulgaris para Biofabricação de Nanopartículas de Ouro e Avaliação de Citotoxicidade

Nanomateriais

Materiais Poliméricos

biológico

Corante

Especiarias