中国科学院 石墨烯/超薄金属薄膜异质结构上的预想泵浦探针实验的示意图
一束非常强的泵浦光束(用红色描绘)被用来将石墨烯中的电子强烈加热到几千克拉
石墨烯中电子温度的升高会严重影响系统的光学特性，从而导致撞击系统的探测光束(以绿色表示)发生超快调制
作者:爱德华多·J
C
迪亚斯，于仁文，女
哈维尔·加西亚·德阿巴霍 石墨烯中的表面等离子体激元由于其非常吸引人的性质，例如通过电选通的光学性质的强可调谐性和相对高的等离子体激元寿命，在过去十年中被广泛研究
然而，这些特殊性质仅限于从中红外(中红外)到太赫兹(太赫兹)光谱区域的较低频率
此外，石墨烯的电可调性不能以超快的方式实现，这给其在日益重要的高速技术器件中的应用带来了障碍
在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，ICFO光子科学研究所的一个团队提出了一种全光学技术，以超快方式在中红外到可见光(可见-近红外)频率范围内调节石墨烯和/或薄金属基系统的等离子体激元响应
他们提出了一种泵浦探针装置，使用超快且非常强的泵浦光束来加热石墨烯的电子
基于这种二维材料的低热容——这意味着这种材料吸收的少量能量会导致其电子温度大幅升高——以及石墨烯的电导率与其电子温度的高度相关性，系统的光学特性将受到电子温度升高的调制，这可以通过探测光束来测量
有趣的是，这种技术不仅可以用于石墨烯片的全光激发等离子体激元，还可以用于其附近的薄金属层
在同一个小组之前的工作之后，他们建议通过设计一个泵浦光束，使它的波前强度以周期性的方式在空间上变化
因此，石墨烯中的电子温度(以及随后的电导率)也在片的表面局部变化，充当有效的光栅，散射探测光束并将其耦合成等离子体激元
根据探测光束的波长和石墨烯片附近金属薄膜的存在，该技术可用于激发石墨烯等离子体激元(中红外)、金属等离子体激元(可见-近红外)或混合声等离子体激元(太赫兹)
“通过这种方式，人们可以在很宽的光谱范围内激发和操纵等离子体，而不需要横向构图或使用外部设备，如SNOM尖端，将传播的光耦合到等离子体，”作者补充说
另一方面，作者提出利用纳米尺度的光热效应来实现光的超快调制
他们设想了一种由掺杂到某种费米能级的石墨烯片上的薄金属光栅组成的结构
然后，通过泵浦光束提高石墨烯电子的温度，石墨烯的化学势将降低，并且石墨烯中的带间跃迁将在较低的能量下变得显著，并且将熄灭通过探针光束的反射测量的等离子体峰值
“石墨烯电子的温度可以达到几千凯尔文，导致反射峰的阻尼高达70%，”作者声称
在石墨烯声学等离子体中可以观察到类似的效应，但是在这种情况下，猝灭的原因是石墨烯非弹性损耗随着电子温度的增加而增加
“在这两种情况下，光学响应的调制都是超快的，不像其他调制响应的方式，如电改变石墨烯的费米能级，”作者补充说
“我们的研究为原子级薄材料中光学响应的主动光热控制开辟了一条有前途的途径，并有可能在超快光调制中得到应用，”作者总结道
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