Плазмонно-Резонансное Поглощение ТГц Излучения В Графене / Титова Е.И., Былинкин А.Н., Кащенко М.А., Михеев В.В., Жукова Е.С., Свинцов Д.А.

Abstract

Возбуждение поверхностного плазмонного резонанса (ППР) позволяет концентрировать электромагнитное поле в веществе, что значительно увеличивает поглощение излучения различными материалами. Этот эффект позволяет создавать эффективные и сверхбыстрые фотодетекторы на основе графена, который в обычном состоянии слабо поглощает внешнее излучение. Фотодетектирование с помощью возбуждения ППР уже наблюдалось в высококачественном графене на SiC [1], а также в инкапсулированном графене, полученном методом отщепления [2]. В данной работе показано возбуждение ППР в более доступном и масштабируемом графене, полученном методом химического осаждения из газовой фазы (ХОГФ) в диапазоне 5-10 ТГц. Были изготовлены транзисторные структуры с монослоем графена в качестве канала, золотыми контактами в качестве стока/истока, и p-легированной Si/SiO2 подложкой в качестве нижнего затвора. Также на стеке графен/диэлектрик была сделана субмикронная решетка из титана для возбуждения ППР. Металлическая решетка с минимальними размерами 130нм была изготовлена с помощью электронно-лучевой литографии. Спектры пропускания данной структуры были измерены с помощью Фурье-спектрометра Bruker Vertex 80v в диапазоне от 50 до 450 см-1. Во время спектрометрических измерений образцы также контролировались электрически. Пренебрегая отражением и рассеянием излучения, поглощение образца равно CNP G T VT A )( 1 , где TCNP - пропускание графена в точке электронейтральности. Измерения проводились при двух различных поляризациях излучения: параллельно и перпендикулярно титановой решетке. При этом в первом случае наблюдалось только Друдепоглощения в графене, тогда как во втором случае возбуждался ППР. Исследовав зависимость частоты ППР от напряжения на затворе мы обнаружили, что ранние теории [3] плохо описывают данный эффект, т.к. не учитывают сильное отражение плазмонов на краях металлических полос при близком расположении решетки и графена. В отличие от предыдущих теорий, резонансная частота плазмонов в таком случае определяется длинной отдельных металлических полос, а не периодом решетки. Мы сформулировали простую теорию для резонансных частот в нашем эксперименте, которая описывает экспериментальные данные без каких-либо подгоночных параметров [4].