Lần đầu tiên quan sát thấy plasmon ở graphene

Với một chùm ánh sáng hồng ngoại, các nhà khoa học đã gửi đi những gợn sóng electron trên bề mặt của graphene và chứng minh rằng họ có thể điều khiển chiều dài và chiều cao của những dao động này, gọi là plasmon, sử dụng một mạch điện đơn giản.

Đây là lần đầu tiên người ta quan sát thấy plasmon trên graphene, những tấm carbon chỉ dày một nguyên tử với nhiều tính chất vật lí ưu việt, và là một bước quan trọng hướng đến sử dụng plasmon để xử lí và truyền thông tin trong những không gian quá chặt khó dùng ánh sáng.

“Mọi người đã ngờ rằng sẽ có plasmon ở đấy, nhưng thấy rồi mới tin. Chúng tôi đã tưởng tượng ra chúng và chứng minh rằng chúng có thể truyền đi. Và chúng tôi đã chứng minh rằng chúng tôi có thể điều khiển chúng,” phát biểu của Dimitri Basov, giáo sư vật lí tại trường Đại học California, San Diego, và là tác giả lớn tuổi của bài báo công bố trên số ra trực tuyến ngày 21 tháng 6 của tạp chí Nature.

Để chế tạo dụng cụ, họ đã bóc graphene từ graphite, chất liệu làm ruột bút chì, và cọ xát nó lên trên chip silicon oxide.

Một chùm laser hồng ngoại tập trung lên cánh tay của một kính hiển vi lực nguyên tử sinh ra các plasmon trên bề mặt graphene. Ảnh: Basov Lab/UCSD
 

Một chùm laser hồng ngoại tập trung lên cánh tay của một kính hiển vi lực nguyên tử sinh ra các plasmon trên bề mặt graphene. Ảnh: Basov Lab/UCSD

Họ tạo ra plasmon bằng cách chiếu một laser hồng ngoại lên bề mặt của graphene và đo sóng bằng cánh tay cực nhạy của một kính hiển vi lực nguyên tử.

Các sóng đi ra là không thể đo. Nhưng khi chúng đi tới rìa của graphene, chúng phản xạ giống như sóng nước do một con tàu chạy tạo ra phản xạ ở cầu tàu.

Các dao động từ rìa phản xạ lại cộng gộp, hoặc triệt tiêu, với các sóng sau đó, tạo ra một hình ảnh giao thoa đặc trưng cho biết bước sóng và biên độ của chúng.

Các nhà khoa học đã chứng minh rằng hình ảnh giao thoa đó có thể thay đổi bằng cách điều khiển một mạch điện gồm những điện cực gắn với bề mặt graphene và một lớp silicon nguyên chất nằm bên dưới những con chip.

Giống hệt như ánh sáng có thể mang những tín hiệu phức tạp truyền qua sợi quang, các plasmon có thể dùng để truyền thông tin. Nhưng plasmon có thể mang thông tin bên trong những không gian chật khít hơn nhiều.

“Không thể giam cầm ánh sáng ở thang bậc nanomet vì bước sóng bằng nhiều trăm nanomet,” phát biểu của Zhe Fei, một nghiên cứu sinh trong phòng thí nghiệm của Basov và là tác giả đứng tên đầu của bài báo trên. “Chúng tôi đã sử dụng ánh sáng để kích thích các plasmon mặt với cỡ chiều dài 100 nanomet hoặc ngắn hơn có thể truyền đi ở tốc độ rất cáo từ phía này sang phía kia của con chip.”

Hiệu suất họ quan sát thấy là đầy hứa hẹn. Đây là một số bước sóng plasmon ngắn nhất từng được đo trong các chất liệu, nhưng các sóng truyền đi xa như chúng truyền trong các kim loại ví dụ như vàng. Và không giống như các plasmon trên kim loại, plasmon trên graphene có thể điều chỉnh được.

Một đội khoa học đang làm việc độc lập ở Tây Ban Nha dưới sự chỉ đại của Frank Koppens, Rainer Hillenbrand và Javier Garcia de Abajo đã có một khám phá tương tự như vậy, sử dụng màng mỏng graphene lắng bởi chất khí thay vì tách từ graphite. Báo cáo của họ, đăng trên cùng số ra của tạp chí Nature, củng cố thêm bằng chứng này cho plasmon graphene.

“Quang điện tử học và xử lí thông tin bằng graphene là rất có triển vọng. Chúng tôi muốn thấy công trình nghiên cứu của mình góp phần cho công nghệ trong tương lai,” Basov nói. “Còn có một nền khoa học cơ bản, hoàn toàn mới phát sinh từ khám phá này. Bằng cách theo dõi các plasmon, chúng ta biết được các electron “làm gì” trong dạng chất liệu mới này của carbon, các tương tác cơ bản chi phối các tính chất của chúng như thế nào. Đây là một hướng nghiên cứu.”

Trần Nghiêm – thuvienvatly.com
Nguồn: Đại học California - San Diego

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Downlaod video thí nghiệm

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Vũ trụ có nhiều gã khổng lồ hơn chúng ta nghĩ
18/01/2018
Vũ trụ có thể chứa nhiều sao khổng lồ hơn chúng ta vẫn nghĩ. Một bộ phận của Đám mây Magellan Lớn, một thiên hà láng
Nước chậm đông được làm lạnh đến nhiệt độ thấp kỉ lục
16/01/2018
Lần đầu tiên nhiệt độ của nước lỏng chậm đông được đo chính xác đến dưới –40°C. Các nhà nghiên cứu, đứng đầu
Ánh sáng có thật sự kết hợp trở lại sau khi truyền qua hai lăng kính hay không?
15/01/2018
TÓM TẮT. Chúng tôi trình bày một bố trí thí nghiệm đơn giản và rẻ tiền chứng minh rõ ràng các màu của ánh sáng trắng sau
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 4)
12/01/2018
Nhiệt động lực học và entropy Ngoài việc khám phá lực điện từ, nghiên cứu năng lượng ở dạng nhiệt còn đưa đến một
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 3)
12/01/2018
Lực điện từ Nếu ánh sáng thật sự là sóng, thì có vẻ hợp lí thôi nếu ta hỏi: chính xác thì cái gì đang dao động như
Năng lượng tối là gì?
10/01/2018
Trong phần này, đầu óc của bạn bùng nổ bởi vũ trụ đang dãn nở của chúng ta Có lẽ bạn đang choáng váng trước thực tế
Hiệu ứng Hall lượng tử 4D trong phòng thí nghiệm
10/01/2018
Tính chất của một vật liệu 4D giả thuyết đã được mô phỏng trong các thí nghiệm của hai đội vật lí quốc tế. Một đội
Nước chậm đông có thể tồn tại ở hai pha lỏng
07/01/2018
Nước có thể tồn tại ở hai pha lỏng với khối lượng riêng khác nhau. Đó là kết luận của các nhà nghiên cứu ở Thụy
Vui Lòng Đợi

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com