石墨烯是近年來(lái)受到廣泛關(guān)注的二維材料，具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，在信號(hào)傳感、物質(zhì)檢測(cè)、和能源電池領(lǐng)域都有著廣闊的應(yīng)用前景。2016年9月，南開大學(xué)許京軍、蔡衛(wèi)老師研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊 2D Materials上公開發(fā)表題為“Tailorable re?ection of surface plasmons in defect engineered graphene”的全文文章，通過(guò)探討缺陷改變石墨烯光、電、熱性質(zhì)的可能性，提出了對(duì)石墨烯納米尺度下的等離子激元性質(zhì)進(jìn)行操控的思路，為未來(lái)納米級(jí)光電設(shè)備的實(shí)現(xiàn)開辟新篇。

(a) NeaSNOM測(cè)量原理示意圖 (b)NeaSNOM的AFM成像顯示了石墨烯缺陷處的形貌結(jié)構(gòu) (c)NeaSNOM的納米級(jí)顯微光學(xué)成像展示了該區(qū)域的表面等離子波傳播圖樣

許京軍、蔡衛(wèi)老師研究團(tuán)隊(duì)首先設(shè)計(jì)了離子束對(duì)石墨烯缺陷邊界的操控可行性，并通過(guò)AFM等常規(guī)測(cè)量手段對(duì)這一設(shè)想進(jìn)行了重復(fù)驗(yàn)證，檢驗(yàn)其可行性。該研究團(tuán)隊(duì)對(duì)石墨烯表面等離子波在缺陷邊界的傳播進(jìn)行了深入研究，通過(guò)NeaSNOM提供的可靠等離子激元成像手段，他們近場(chǎng)等離子激元成像圖中觀測(cè)到了靠近邊界的明顯干涉條紋。通過(guò)典型的石墨烯楔形結(jié)構(gòu)，邊界處的等離子激元的有效散射波通過(guò)操控的缺陷得到了極大的增強(qiáng)。在缺陷邊界處的等離子激元反射首次得到清晰觀測(cè)，證實(shí)了這些缺陷在表面等離子波傳播中散射中心的作用。

不同程度缺陷石墨烯中等離子激元傳播和反射的研究

在入射激光波長(zhǎng)為10.653um下，不同程度缺陷石墨烯中等離子激元傳播和反射的研究。其中，等離子激元第一干涉峰值被定義為M，在邊界處衰減比例為0.28，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論數(shù)值得到了很好的擬合。

該研究團(tuán)隊(duì)證明了通過(guò)引入離子束在石墨烯缺陷邊界處改變等離子激元的反射的結(jié)論，他們認(rèn)為缺陷可以作為有效的等離子激元傳播散射中心，通過(guò)缺陷程度的控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)等離子激元的操控，這一研究結(jié)果有效開創(chuàng)了控制表面等離子波的新篇章。

參考文獻(xiàn)：Luo W, Cai W, Wu W, et al. Tailorable reflection of surface plasmons in defect engineered graphene[J]. 2D Materials, 2016, 3(4): 045001.

本文涉及的研究過(guò)程及實(shí)驗(yàn)結(jié)果均以原著作為準(zhǔn)。

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