Grafenový fotodetektor využívající plazmonických efektů

Abstract

Tato práce se zabývá vývojem nového hybridního zařízení pro fotodetekci, jehož princip se opírá o dvě velmi významné a aktuální oblasti současného vědeckého výzkumu – grafen a plazmonika. Vlastní odezva grafenu na dopadající světelné záření je v tomto zařízení značně zvýšena umístěním zlatých nanotyčinek na povrch grafenu, vykazujících jedinečnou optickou odezvu danou lokalizovanými povrchovými plazmony. Tato zvýšená fotoelektrická reakce je způsobena redistribucí energie oscilujících elektronů v nanočástici do grafenové vrstvy. Konkrétní mechanismus redistribuce energie je studován pomocí rozptylové spektroskopie jednotlivých částic, kde je zkoumán vliv počtu grafenových vrstev pod nanočásticí na rozšíření rezonančního píku. Mimořádně velké rozšíření rezonančního píku pro částice položené na grafen naznačuje přítomnost nebývalého procesu tlumení plazmonické rezonance. Toto neobvyklé tlumení je připsáno přenosu horkých elektronů ze zlaté nanotyčinky do grafenové vrstvy.Two rich and vibrant fields of investigation - graphene and plasmonics - strongly overlap in this work, giving rise to a novel hybrid photodetection device. The intrinsic photoresponse of graphene is significantly enhanced by placing the gold nanorods exhibiting unique anisotropic localized surface plasmon resonances on the graphene surface. The reported enhanced photoresponse of graphene is caused by the redistribution of localized surface plasmons in the nanoparticles into graphene. The exact underlying energy redistribution mechanism is thoroughly studied by a single particle scattering spectroscopy monitoring the particle plasmon linewidth as a function of the number of underlaying graphene layers. The obtained extraordinary plasmon broadening for nanoparticles placed on graphene suggests the contribution of a novel energy redistribution channel attributed to the injection of hot electrons from gold nanorods into graphene.