Плазмони в графені: огляд та перспективи використання
Due to its excellent electrical, mechanical, thermal and optical properties, graphene has attracted much interest since it was discovered in 2004. Its two-dimensional nature and other remarkable properties meet the needs of surface plasmons and have greatly enriched the field of plasmonics. The pape...
Gespeichert in:
| Datum: | 2024 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/783 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Surface |
Institution
Surface| _version_ | 1869291986969690112 |
|---|---|
| author | Семчук, O.Ю. Гаврилюк, О.О. Білюк, А.І. Білюк, A.A. |
| author_facet | Семчук, O.Ю. Гаврилюк, О.О. Білюк, А.І. Білюк, A.A. |
| author_institution_txt_mv | [] |
| author_sort | Семчук, O.Ю. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-02-04T10:40:31Z |
| description | Due to its excellent electrical, mechanical, thermal and optical properties, graphene has attracted much interest since it was discovered in 2004. Its two-dimensional nature and other remarkable properties meet the needs of surface plasmons and have greatly enriched the field of plasmonics. The paper will review recent advances and applications of graphene in plasmonic, including theoretical mechanisms, experimental observations, and meaningful applications. Due to its flexibility and good tunability, graphene can be a promising plasmonic material as an alternative to noble metals. Optical conversion, plasmonic metamaterials, light harvesting, etc. have already been realized in graphene-based devices, which are useful for applications in electronics, optics, energy storage, THz technology, etc. In addition, the excellent biocompatibility of graphene makes it a very good candidate for applications in biotechnology and medical science. Surface plasmons in graphene offer a compelling route to many useful photonic technologies. As a plasmonic material, graphene offers several intriguing properties, such as excellent electro-optic tunability, crystal stability, large optical nonlinearity, and extremely high electromagnetic field concentration. Thus, recent demonstrations of surface plasmon excitation in graphene using near-infrared light scattering] have attracted great interest. Here we present an all-optical plasmonic coupling scheme that takes advantage of the intrinsic nonlinear optical response of graphene. To generate plasmons, pulses of visible light in a free in-plane graphene sheet are used using difference frequency mixing of the waves to match both the wave vector and the energy of the surface wave. By carefully controlling the phase with matching conditions, we show that it is possible to excite surface plasmons with a defined wave vector and direction in a wide frequency range with high photon efficiency. Prospects for the practical use of graphene in plasmonics are discussed. |
| doi_str_mv | 10.15407/Surface.2024.16.051 |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:42Z |
| format | Article |
| fulltext | |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-783 |
| institution | Surface |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-29T01:15:57Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7832025-02-04T10:40:31Z Plasmons in graphene: overview and perspectives of use Плазмони в графені: огляд та перспективи використання Семчук, O.Ю. Гаврилюк, О.О. Білюк, А.І. Білюк, A.A. graphene surface plasmons plasmonic orbital surface plasmon resonance plasmon frequency wave vector massless Dirac fermions Fermi energy Dirac cone graphene metamaterials графен поверхневі плазмони плазмоніка орбіталь поверхневий плазмонний резонанс плазмонна частота хвильовий вектор безмасові ферміони Дірака енергія Фермі графенові метаматеріали Due to its excellent electrical, mechanical, thermal and optical properties, graphene has attracted much interest since it was discovered in 2004. Its two-dimensional nature and other remarkable properties meet the needs of surface plasmons and have greatly enriched the field of plasmonics. The paper will review recent advances and applications of graphene in plasmonic, including theoretical mechanisms, experimental observations, and meaningful applications. Due to its flexibility and good tunability, graphene can be a promising plasmonic material as an alternative to noble metals. Optical conversion, plasmonic metamaterials, light harvesting, etc. have already been realized in graphene-based devices, which are useful for applications in electronics, optics, energy storage, THz technology, etc. In addition, the excellent biocompatibility of graphene makes it a very good candidate for applications in biotechnology and medical science. Surface plasmons in graphene offer a compelling route to many useful photonic technologies. As a plasmonic material, graphene offers several intriguing properties, such as excellent electro-optic tunability, crystal stability, large optical nonlinearity, and extremely high electromagnetic field concentration. Thus, recent demonstrations of surface plasmon excitation in graphene using near-infrared light scattering] have attracted great interest. Here we present an all-optical plasmonic coupling scheme that takes advantage of the intrinsic nonlinear optical response of graphene. To generate plasmons, pulses of visible light in a free in-plane graphene sheet are used using difference frequency mixing of the waves to match both the wave vector and the energy of the surface wave. By carefully controlling the phase with matching conditions, we show that it is possible to excite surface plasmons with a defined wave vector and direction in a wide frequency range with high photon efficiency. Prospects for the practical use of graphene in plasmonics are discussed. Завдяки унікальним електричним, механічним, тепловим та оптичним властивостям графен привернув великий інтерес після того, як він був відкритий у 2004 р. Його двовимірна природа та інші чудові властивості відповідають потребам поверхневих плазмонів та значно збагатили область плазмоніки. В роботі розглянуті останні досягнення та застосування графену в плазмоніці, включаючи теоретичні механізми, експериментальні спостереження та змістовні програми. Завдяки гнучкості та хорошому настроюванню графен є перспективним плазмонним матеріалом як альтернатива благородним металам. Оптична трансформація, плазмонні метаматеріали, світлозбирчі на основі графену, тощо уже реалізовано в пристроях, які застосовуються в електроніці, оптиці, накопиченні енергії, ТГц технології тощо. Крім того, чудова біосумісність графена робить його перспективним кандидатом на застосування в біотехнології та медичній науці. Поверхневі плазмони в графені пропонують переконливий шлях до багатьох корисних фотонних технологій [1 – 3]. Як плазмонний матеріал, графен має кілька унікальних властивостей, наприклад, він проявляє чудову електрооптичну настроюваність [4], кристалічну стабільність, велику оптичну нелінійність [5] і надзвичайно високу концентрацію електромагнітного поля [6]. Таким чином, нещодавні дослідження поверхневого плазмонного збудження в графені за допомогою розсіювання в ближньому полі інфрачервоного світла [7, 8] викликали великий інтерес. Тут повністю представлена оптична схема плазмонного зв’язку, якій пртаманна перевага внутрішньої нелінійної оптичної реакції графена. Для генерації плазмонів застосовують імпульси видимого світла у вільному графеновому листі з використанням різниці частотного змішування хвиль, щоб відповідати як хвильовому вектору, так і енергії поверхневої хвилі. При ретельному контролю фази з умовами узгодження можна збудити поверхневі плазмони в графені з конкретним значенням хвильовим вектором і напрямком в широкому частотному діапазоні з високою фотонною ефективністю. Також в огляді обговорюються перспективи практичного використання графена у плазмоніці. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2024-11-24 Article Article application/pdf https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/783 10.15407/Surface.2024.16.051 Surface; No. 16(31) (2024): Surface; 51-73 Поверхность; № 16(31) (2024): Поверхня; 51-73 Поверхня; № 16(31) (2024): Поверхня; 51-73 3154-8091 3154-8083 10.15407/Surface.2024.16 uk https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/783/778 Авторське право (c) 2024 O.Ю. Семчук, О.О. Гаврилюк, А.І. Білюк, A.A. Білюк |
| spellingShingle | графен поверхневі плазмони плазмоніка орбіталь поверхневий плазмонний резонанс плазмонна частота хвильовий вектор безмасові ферміони Дірака енергія Фермі графенові метаматеріали Семчук, O.Ю. Гаврилюк, О.О. Білюк, А.І. Білюк, A.A. Плазмони в графені: огляд та перспективи використання |
| title | Плазмони в графені: огляд та перспективи використання |
| title_alt | Plasmons in graphene: overview and perspectives of use |
| title_full | Плазмони в графені: огляд та перспективи використання |
| title_fullStr | Плазмони в графені: огляд та перспективи використання |
| title_full_unstemmed | Плазмони в графені: огляд та перспективи використання |
| title_short | Плазмони в графені: огляд та перспективи використання |
| title_sort | плазмони в графені: огляд та перспективи використання |
| topic | графен поверхневі плазмони плазмоніка орбіталь поверхневий плазмонний резонанс плазмонна частота хвильовий вектор безмасові ферміони Дірака енергія Фермі графенові метаматеріали |
| topic_facet | graphene surface plasmons plasmonic orbital surface plasmon resonance plasmon frequency wave vector massless Dirac fermions Fermi energy Dirac cone graphene metamaterials графен поверхневі плазмони плазмоніка орбіталь поверхневий плазмонний резонанс плазмонна частота хвильовий вектор безмасові ферміони Дірака енергія Фермі графенові метаматеріали |
| url | https://surfacezbir.com.ua/index.php/surface/article/view/783 |
| work_keys_str_mv | AT semčukoû plasmonsingrapheneoverviewandperspectivesofuse AT gavrilûkoo plasmonsingrapheneoverviewandperspectivesofuse AT bílûkaí plasmonsingrapheneoverviewandperspectivesofuse AT bílûkaa plasmonsingrapheneoverviewandperspectivesofuse AT semčukoû plazmonivgrafeníoglâdtaperspektivivikoristannâ AT gavrilûkoo plazmonivgrafeníoglâdtaperspektivivikoristannâ AT bílûkaí plazmonivgrafeníoglâdtaperspektivivikoristannâ AT bílûkaa plazmonivgrafeníoglâdtaperspektivivikoristannâ |