Neven Golenić i Vito Despoja, zajedno sa suradnikom iz Italije Stefanom de Gironcolijem, objavili su rad u npj 2D Materials and Applications, u kojem su teorijski ispitali vrpčastu strukturu Blochovih plazmonskih polaritona u Al₂O₃/grafen/heksagonalni-bor-nitrid/grafen-nanoribbons  heterostrukturi  u  ovisnosti o dopiranju grafenskih sustava.

Tailored plasmon polariton landscape in graphene/boron nitride patterned heterostructures

Neven Golenić, Stefano de Gironcoli and Vito Despoja, npj 2D Mater Appl 8, 37 (2024)

DOI: 10.1038/s41699-024-00469-6

Površinski plazmonski polaritoni (SPP), elektromagnetski modovi koji predstavljaju kolektivne oscilacije gustoće naboja u interakciji s fotonima, opsežno su proučavani u grafenu. To  je omogućilo  detaljno razumijevanje svojstava SPP-ova u 2D materijalima. Međutim, pojava raznih površinskih tehnika omogućila je sintezu kvazi-2D van der Waalsovih heterostruktura, naglašavajući određene nedostatke u našem razumijevanju njihovih optičkih svojstava a koje se odnose na SPP. Kako bismo to riješili, analizirali smo elektromagnetske modove u heterostrukturama grafen/heksagonalni borov-nitrid/grafen-nanoribbons na dielektričnom Al₂O₃ supstratu koristeći  ab initio RPA tenzor optičke vodljivosti. Pokazali smo  da uzorkovanje najvišeg grafena u nanovrpce (nanoribbons) osigurava učinkovito Umklapp raspršenje grafenskog  Diracovog plazmonskog polaritona (DP) u radijativno područje, što rezultira pretvorbom DP-a u robusni infracrveno-aktivni plazmon.  Osim toga, pokazujemo da su optička aktivnost DP-a i njegova hibridizacija s inherentnim plazmonskim rezonancijama u grafenskim nanovrpcama vrlo osjetljivi na dopiranje i gornjeg i doljnjeg sloja grafena (Slika 1). Razjašnjavanjem ovih optičkih karakteristika težimo katalizirati daljnji napredak i stvoriti nove mogućnosti za inovativne primjene u fotonici i optoelektronskoj integraciji.

Slika 1 Bloch-Dirac plazmonska vrpčasta struktura koja nastaje u GNR/h-BN/GR/Al₂O₃. Inteziteti elektromagnetskih modova  kao funkcija dopiranja gornjeg  (n_GNR) i doljnjeg  (n_GR) grafenskog sloja. (a) n_GNR=0 e cm⁻² ,n_GR=1×10¹⁴ e cm⁻² ; (b) n_GNR=1×10¹³ e cm⁻², n _GR=1×10¹⁴ e cm⁻²; (c)n_GNR=2×10¹³ e cm⁻², n_GR=1×10¹⁴ e cm⁻²; (d)n _GNR=1×10¹⁴ e cm⁻² ,n ^GR=0 e cm⁻²; (e)n_GNR=1×10¹⁴ e cm⁻², n_GR=1×10¹³ e cm⁻²; (f)n _GNR=1×10¹⁴ e cm⁻², n_GR = 1×10 ¹⁴ e cm⁻². Diracovi plazmoni DP1/DP2′ i DP1’/DP2 u doljnjem grafenskom sloju (žuto) raspršuju se na gornjem GNR i stvaraju se Blochovi plazmon polaritoni BP1 i BP1* (crveno). GNR same po sebi podržavaju plazmonske rezonance PR0, PR1, PR2,… (plavo) koje hibridiziraju sa DP1/DP2′ i DP1’/DP2 te dolazi do stvaranja doljnje (L-DP) i gornje  (U-DP) polaritonske grane (žuto+plavo).