Ученые из Испании и Великобритании на основе своих теоретических изысканий высказали предположение о том, что графен может использоваться в роли идеального поглотителя светового излучения, если он положительно заряжен и образует периодический рисунок. Опубликованная исследовательская работа в будущем может привести к созданию более эффективных световых устройств, работающих, в том числе, в ближнем и среднем инфракрасном спектральном диапазоне, с которым не справляются современные технологии.

Заявление ученых из ICFO (Барселона, Испания) и Optoelectronics Research Centre в University of Southampton (Великобритания) кажется неожиданным, поскольку графен представляет собой одноатомный слой атомов углерода, образующих гексагональную кристаллическую решетку. В то же время, более толстые материалы (в 1000 и более атомов толщиной), как известно, не способны эффективно поглощать солнечный свет. Но секрет предложенного «поглотителя» в периодической структуре, создаваемой из графена.

В предложенной учеными периодической структуре свет поглощается благодаря тому, что фотоны оказываются ограничены в областях, размеры которых много меньше длины волны излучения. Это происходит за счет плазмонов, образующихся в отдельных наноэлементах периодической структуры.

По данным ученых, эти элементы структуры способны эффективно поглощать излучение, поскольку находятся друг от друга на «правильном» расстоянии. Если бы такие структуры находились слишком близко, поглощенный фотон мог бы быть переизлучен (или же отражен от поверхности). С другой стороны, поглощение было бы недостаточным, если бы отдельные элементы структуры находились на большом расстоянии друг от друга (в частности, если бы речь шла о лентах из графена, которые граздо легче зарядить с помощью электродов).

Чаще всего упоминания плазмонов встречаются в работах, посвященных более высокочастотной части электромагнитного спектра – видимому излучению. Они образуются в трехмерных металлических наноструктурах. Однако, поскольку графен имеет толщину всего в один атом, свободные электроны в нем движутся лишь в двух измерениях. Соответственно, и плазмоны появляются при более низких частотах.

Согласно опубликованному учеными материалу, обеспечить создание ловушек для фотонов можно, только если графен положительно заряжен, а длина волны, на которой происходит поглощение, зависит от того, какой объем материала оказывается заряженным. Графен можно легко зарядить при помощи дополнительных электродов, при этом величина заряда может регулироваться с помощью изменения напряжения, приложенного к электродам. Этот метод также известен как «допинг», поскольку он имеет эффект, аналогичный влиянию донорных примесей на обычный полупроводник.

Эксперимент научной группы был направлен на изучение поглощения света в ближней и средней инфракрасной области спектра. Ученые утверждают, что

результаты их исследований можно было бы легко расширить на другие спектральные диапазоны, с середины инфракрасной до терагерцовой областей, например, при использовании выведенных ими аналитических уравнений.

Упомянутые области спектра, по мнению исследователей, интересны за счет потенциального применения их результатов для обработки изображений, получения изображений поверхностей и т.п. Существующие детекторы в этих областях работают плохо.

Подробные результаты работы будут опубликованы в журнале Physical Review Letters. В ближайшее время научная группа планирует исследовать другие не менее важные оптические свойства графена.