石墨烯的非線性光子散射首度曝光
- 上線日期：2011/4/29 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國勞倫斯柏克萊國家實驗室及加州大學的科學家最近發展出一種新技術，能控制石墨烯(graphene)中的光散射。他們認為這項突破不僅有助於進一步地了解「神奇材料」石墨烯的內部結構，而且還能應用於生醫感測器等奈米元件上。
非彈性散射光譜術是以雷射光照射材料，藉由非彈性散射發生時光子失去或得到能量，來獲得光學躍遷的資訊，對於塊材及奈米材料都是重要的研究工具，拉曼散射光譜即為一例。柏克萊的Feng Wang等人最近首度在石墨烯的曼散射中觀察到量子干涉，而且證實由於石墨烯獨特的電子結構，他們可以藉由操縱干涉路徑(interference pathway)來控制石墨烯的拉曼散射強度。
Wang表示，他們利用靜電摻雜的方式，以外加電壓降低材料的費米能(fermi energy)。相較於一般材料，石墨烯的費米能可以被大幅改變，這是因為石墨烯是擁有獨特電子能帶的二維平面碳材料。該團隊成功地在石墨烯表面鍍上含有高導電液體的離子膠來降低其費米能，並利用外加在離子膠上的電壓來調整石墨烯的電荷數量，藉此減少較高能量的電子數目，有效地消除產生拉曼散射的路徑。
如此逐一減少量子路徑會改變光子干涉的情況。為了測量這些改變，Wang等人究人員以遠紅外雷射光照射樣本，並測量其拉曼散射強度，結果發現散射強度會隨路徑減少而增強，與古典物理的預測正好相反。研究人員稱此新現象為破壞性量子干涉的標準特徵(a canonical signature of destructive quantum interference)。簡單來說，如果石墨烯中較高及較低能量路徑的干涉為破壞性，則移除其中一個路徑應會使光強度增加。
此外，該團隊還意外觀察到「熱電子發光」(hot electron luminescence)，強度約為拉曼散射的100倍。其機制是因受激電子躍遷至因費米能降低所產生的未填滿能帶，這些熱電子會發射光子以回到較低能帶。
此技術可以用來優化奈米材料中的非彈性光子散射，以配合生醫感測器及光電元件上的應用，它也是探索石墨烯及其他材料的有力工具；熱電子發光現象也可以用來研究石墨烯內的超快電子動力學。詳見Nature 471, pp.617–620 (2011)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/45416
譯者:劉家銘(成功大學物理系)
責任編輯:蔡雅芝
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