Optički tjerani plazmoni u grafen/hBN van der Waals heterostrukturama: simulacija s-SNOM mjerenja
Neven Golenić, Stefano de Gironcoli i Vito Despoja objavili su rad u časopisu Nanophotonics, u kojem su teorijski ispitali efikasnost pobude 2D plazmona u kompozitima grafen/heksagonalni borov-nitrid (Gr/hBN) pomoću sferične srebrne nanočestice.
Optically driven plasmons in graphene/hBN van der Waals heterostructures: simulating s-SNOM measurements
Neven Golenić, Stefano de Gironcoli, and Vito Despoja, Nanophotonics (2024).
DOI: doi.org/10.1515/nanoph-2023-0841
Razumijevanje indirektnog vezanja (transverzalnih) fotona i (longitudinalnih) 2D plazmona u vodljivim 2D heterostrukturama vrlo je važno za mnoge primjene, poput fotonike ili optoelektronike. Jedan od načina da se svjetlom pobudi 2D plazmon je da se svjetlost prvo rasprši na nanočesticama dimenzija manjih od valne duljine svijetlosti, a zatim se dio polja koji se rasprši u evanescentno (blisko polje) područje veže na plazmone. Mijenjanjem sastava 2D heterostrukture može se manipulirati učinkovitošću pobude pojedinačnih plazmona u 2D heterostrukturi.
Konkretno istraživanje usmjereno je na određivanje učinkovitosti pobude Diracovog plazmona (DP) i linearnih plazmona (LP) u gr/hBN kompozitima preko sferne nanočestice srebra (Ag-NP) koja je smještena uz kompozit te osvijetljena monokromatskim zračenjem ω0. Jakost raspršenog električnog polja Esc,vdW koje nose plazmoni proučavana je za različite parametre kao što su broj Gr slojeva ‘N’ (u kompozitu Gr/hBN), zatim ovisnost o dopiranju grafena ‘n’, te veličini ‘R’ i udaljenosti ‘h’ sferne nanočestice. Dobiveno je da za neke parametre više od 25% upadnog električnog polja može biti konvertirano u Diracov plazmon. Također, vrlo važno otkriće je mogućnost manipulacije učinkom pobude DP i LPs promjenom nekih od navedenih parametara. Ova otkrića i teorijski alati mogu biti vrlo korisni za projektiranje optoelektroničkih uređaja u kojima se odvija pretvorba neradijativnih u radijativne modove (i obrnuto).
Slika 1. (a) Intenziteti površinskih elektromagnetskih modova -ReΓindxx u gr(n)/hBN kompozitu za N=3. Jasno se uočavaju disperzijske relacije DP i dvaju linearnih plazmona, LP1 i LP2. (b) Odgovarajuće bezdimenzionalno raspršeno električno polje Exsc,vdW(ρ,z=0,ω0) koje pokreće Ag-NP osvijetljenu x polariziranim zračenjem frekvencije ω0=300meV, također označeno vodoravnom žutom crtom na (a). Nanočestica radijusa R=20nm je smještena u ishodištu (ρNP=0) i na visini h=30nm. Koncentracija grafenskog dopiranja iznosi n=1014cm-2. Jasno se može vidjeti linearni plazmon LP2 (uzorci kratkih valnih duljina) moduliran Diracovim plazmonom (uzorci dugih valnih duljina).