Grafenozko plasmoien detekzio elektrikoa terahertzen maiztasunetan

Terahertzen (THz) maiztasun-tarteko erradiazioak interes zientifiko handia erakartzen du, potentzial handia baitu hurrengo belaunaldiko hari gabeko komunikazioetarako edo irudi ez suntsitzaileak lortzeko. Aitzitik, terahertzen erradiazioa sortzeak, detektatzeak eta kontrolatzeak erronka teknologiko handiak ditu aurretik. Erradiazio horrek uhin-luzera luze samarrak (30 eta 300 μm artekoak) dituenez, bereziki, irtenbide alternatiboak beharrezkoak dira gailuak nanoeskalan sartu ahal izateko.

Azkeneko urteetan, oso etorkizun oparoko plataforma bihurtu dira grafenozko plasmoiak terahertzen erradiazioa konprimatzeko. Grafenoan argiaren eta elektroien oszilazio kolektiboen artean gertatzen den elkarrekintza du oinarri, eta plasmoi deritzen uhin elektromagnetikoak sortzen ditu horren ondorioz. Grafenozko plasmoiak uhin-luzera izugarri motzarekin hedatzen dira eta gai dira eremu elektrikoak uhin-luzerakoak baino dimentsio txikiagoetan kontzentratzeko; aldi berean, gainera, elektrikoki kontrola daitezke haien propietateak.

Orain, CIC nanoGUNEko ikertzaileek (Donostia, Espainia), ICFO (Bartzelona, Espainia), IIT (Genova, Italia), Columbia University (Nueva York, AEB), Radboud University (Nijmegen, Herbeherak), NIM (Tsukuba, Japonia) erakundeekin eta Neaspec (Martinsried, Alemania) enpresarekin elkarlanean, lehen aldiz behatu dituzte plasmoiak terahertzen maiztasunetan, oso konprimatuta eta grafenoa oinarri duen fotodetektagailu batean sartuta. Plasmoiak behatzeko, detektagailuko fotokorrontearen erregistroaren mapa egin zuten gainazala metalezko punta zorrotz batekin miatuz. Puntaren funtzioa izan zen THz-tarteko argi intzidentea fokuratzea 50 nm inguruko tamainara besterik ez, bere uhin-luzera baino 2.000 aldiz txikiagora, gutxi gorabehera. Irudigintza-teknika berri horrek, fotokorrontearen terahertzeko nanoskopia deritzona, ate berriak ireki ditu gailuen propietate optoelektronikoak karakterizatzeko terahertzen espektro-tartean.

Grafenozko detektagailuaren fotokorrontearen irudiak erregistratu zituen taldeak, 100 μm inguruko uhin-luzerako THz-erradiazioarekin argitzen ari zirela. Fotokorrontearen irudiek erakutsi zituzten oszilazioek agerian utzi zuten terahertz-plasmoiak uhin-luzera 50 aldiz motzagoan hedatzen zirela.

“""Hasieran asko harritu gintuen plasmoien uhin-luzera hain motza izateak, terahertzen maiztasunetan grafenozko plasmoiak askoz konprimatze-maila txikiagoa izaten baitute normalean", dio garai batean CIC nanoGUNEko ikertzaile izan zen Pablo Alonso González-ek, orain Oviedoko Unibertsitatean dagoenak eta lanaren lehenengo egileak. "Azterketa teorikoen bidez lortu genuen buruhaustea ebaztea, plasmoiak grafenoaren azpian dagoen metalari akoplatzen zaizkiola frogatu baitzuten azterketa teoriko horiek", esanez jarraitu du. "Akoplamendu horri esker, plasmoiak gehiago konprimatu daitezke eta eremua izugarri konfinatu, eta horrek aukera eman lezake detektagailu sentikor eta trinkoagoak sortzeko", gaineratu du Rainer Hillenbrand, Ikerbasque Research Professor eta CIC nanoGUNEko Nanooptika Taldeko buruak eta ikerketaren zuzendariak. Plasmoiek, halaber, hedapen lineala dute, hau da, beren energia beren momentuarekiko proportzionala da, eta hori mesedegarria izan liteke informazioaren eta komunikazioaren teknologietarako. Plasmoiek terahertzen maiztasunetan duten bizialdia ere aztertu zuen taldeak, eta frogatu zuten terahertzen plasmoien energia-galera grafenoaren ezpurutasunen menpekoa dela.

Terahertzen fotokorronte-nanoskopia grafenoaren efektu fototermikoelektriko indartsua du oinarri, zeinak THz-eko eremuetan sortutako beroa, baita plasmoiena ere, korronte bihurtzen baitu. Etorkizunean, grafenoa oinarri duten zirkuitu integratuetan plasmoiak detektatzeko ere erabil liteke efektu termoelektriko ahaltsu hori. Terahertzen fotokorrone-nanoskopiako teknika horrek beste zenbait aplikazio izan litzake plasmoien irudiak lortzeaz haratago, hala nola 2D material berrien, ohiko 2D elektroi-gasen edo nanoegitura erdieroaleen propietate optoelektronikoak nanoeskalan aztertzeko.