Graphene plasmons in optically forged structures - Akkanen, Suvi-Tuuli (2019)
Grafeenin plasmoneiden aikaansaamiseksi täytyy jollakin tavoin poistaa virittävän valon fotonien liikemäärän ja grafeenin plasmoneiden aaltovektorin liikemäärän välinen suuri ero. Tämän tutkielman tarkoituksena oli saada aikaan grafeenin plasmoneita hyödyntämällä optisella taonnalla tehtyjen rengasrakenteiden aallonpituutta pienempiä piirteitä, joiden pitäisi teoreettisesti ratkaista tämä liikemääräongelma. Optisella taonnalla voidaan muodostaa 3Dkuvioita 2D materiaaliin käyttäen hyväksi ultranopeiden laserpulssien aiheuttamaa jännitettä 2D materiaalin rakenteessa. 2D materiaali pyrkii purkamaan tätä jännitettä venyttämällä ja taivuttamalla sidoksiaan ja muodostamalla pistemäisiä hilavirheitä rakenteeseensa, muodostaen 3D rakenteet. Vaikka optisen taonnan taustalla onkin osittain pistemäisten virheiden muodostuminen materiaalin hilaan, ovat materiaalin tyypilliset rakenteet silti hallitsevia ja säilyttävät materiaalin, tässä tapauksessa grafeenin, elektroniset ominaisuudet. Lisäksi suurempia, nanokaistaleita muistuttavia hilarakenteita kuvioitiin optisella taonnalla grafeeniin, sillä nanokaistaleiden tutkimuksissa on aiemmin onnistuttu havaitsemaan plasmoneita samanlaisin mittausmenetelmin, kuin mitä tässä työssä hyödynnetään. Plasmoneita yritettiin havaita mittaamalla kuvioiduista alueista infrapuna-absorption muutoksia, sillä plasmoneiden oletettiin olevan kaukoinfrapuna- tai terahertsi- alueella. Koska infrapuna-absorptiossa ei havaittu muutoksia, vaikka erilaisia rakenteita ja mittauksia yritettiin, johtopäätöksenä esitetään, etteivät optisesti taotut kuviot ole välttämättä riittäviä liikemääräeron poistamiseen ja täten plasmonien synnyn mahdollistamiseen. On myös mahdollista ettei plasmoneita havaittu, koska ne olivat kauempana terahertsi- alueella kuin mihin laitteen mittausalue yltää, tai laitteen infrapunalähteen signaali näytteestä ei ollut riittävä havaitsemaan plasmonien aiheuttamia muutoksia absorptiossa. Varmistuksen tämän tutkielman tulokselle voisi saada sulkemalla edellä mainitut tekijät pois esimerkiksi mittaamalla samoja asioita asian mukaisen aallonpituusalueen omaavan SNOM:in avulla tai kuvioimalla entistä suurempia optisesti taottuja alueita, jolloin FTIR mittausten signaalia saataisiin parannettua.