“Koklayabilen Plazmonlar” Patlayıcıları Tespit Edebilecek

Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki (MIPT) fizikçiler, karbonun iki boyutlu bir formu olan grafenin patlayıcı maddeleri, zehirli kimyasalları ve diğer organik bileşikleri tek bir molekülü temel..
Görsel Telif:

Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü’ndeki (MIPT) fizikçiler, karbonun iki boyutlu bir formu olan grafenin patlayıcı maddeleri, zehirli kimyasalları ve diğer organik bileşikleri tek bir molekülü temel alarak tespit edebilecek plazmonik cihazların üretimi için ideal malzeme olduğunu buldular.

Yüksek kesinlikli elektronik ve optik cihazların geliştirilmesinde plazmon kullanımı

Bilim insanları uzun bir süredir, plazma salınımlarının bir kuantumu olan, plazmon adı verilen sözde parçacıkların (yani parçacık gibi davranan ama tek başına parçacık olmayan varlıklar) potansiyel uygulamaları karşısında büyülenmiş durumdalar. Katı cisimler için, plazmonlar serbest elektronların salınımlarıdır. Kendilerine duyulan özel ilginin nedeni, plazmonların elektromanyetik dalgalarla yüzey etkileşimlerinden kaynaklanıyor, özellikle daha yüksek serbest elektron yoğunluğuna sahip oldukları için metaller ve yarı metaller kullanıldığında. Bu etkilerden faydalanmak, yüksek kesinlikli elektronik ve optik cihazların geliştirilmesinde büyük bir atılıma neden olabilir.

Plazmonik etkilerin getirdiği bu tür olasılıklardan biri, ışığın dalga boyundan daha küçük boyutlara sahip cisimlere odaklanılabilmesidir, bu da plazmonik cihazların tek bir molekülü bile ayırt edebilecekleri noktaya kadar hassasiyetlerinin artmasına olanak sağlar. Bu tür ölçümler mevcut geleneksel (klasik) optik cihazların gerçekleştirebileceğinin çok ötesindedir. Ne yazık ki metaller içerisinde bulunan plazmonlar, dirençten dolayı çabucak enerji kaybetmeye eğilimlidir, bu da onları dışa bağımlı yapar, yani onları sürekli uyarılma halinde bulundurmak gerekir. Bilim insanları, grafenin de aralarında bulunduğu, önceden belirlenmiş bir yapılara sahip kompozit malzemeler kullanarak bu sorunun üstesinden gelmeyi deniyorlar.

Grafen, karbonun iki boyutlu kristal şeklindeki bir allotropudur (allotrop: aynı elementin uzaydaki farklı dizilimleri ile oluşan, birbirinden farklı malzemeler. Karbon için elmas, kömür, grafit bunlara örnektir). Kendisi, karbondan yapılmış bir atom kalınlığındaki bal peteği biçimindeki bir örgü şeklinde düşünülebilir. Andre Geim ve Konstantin Novoselov adındaki iki MIPT lisansüstü araştırmacısı, ilk defa grafeni izole etmeyi başardılar ve bu buluşları sayesinde Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldüler. Grafen aşırı derecede yüksek yük taşıyıcı hareketliliğine sahip bir yarı iletkendir. Aynı zamanda elektriksel iletkenliği de alışılmadık biçimde yüksektir, bu da grafen tabanlı transistörlerin üretimini mümkün kılmaktadır.

Teorik fizikçiler tarafından onaylandı

Plazmonik cihazlar, avantajlarından yararlanmak üzere başlangıçtan beri takip etmek için heyecan verici olanaklar sunuyor gibi görünse de, öncelikle arkalarındaki teknolojinin uygulanabilir olup olmadığının belirlenmesi gerekir. Bunu yapmak için, bilim insanları ilgili kuantum mekaniksel denklemler için nümerik çözümler yapmak zorunda kaldılar. Bu işlem, Prof Yuri Lozovik’in yönettiği Nanoyapı Spektroskopisi Laboratuvarı’ndaki bir araştırma ekibi tarafından yapıldı. Gerekli olan denklemi formüle ettiler ve çözümlediler. Araştırmaları, grafen içerisindeki plazmonik davranışları öngörebilen bir kuantum modeli geliştirmelerine olanak sağladı.

Sonuç olarak araştırmacılar, yapımında grafen tabaka gerektiren SPED (yüzey plazmonu yayımlayan diyot – surface-plasmon-emitting diode) ve lazerin nanoplazmonik eş değeri olan spaser adındaki (İngilizce, spaser: surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation – tetiklemeli ışınım yayılımı ile yüzey plazmonu yükseltme) cihazların işletimini açıklayabildiler.

Bir spaser, lazere benzeyen ve aynı prensibe dayanarak çalışan bir cihaz olarak tanımlanabilir. Bununla birlikte ışıma meydana getirebilmek için, kazanç ortamındaki (kazanç ortamı: lazer cihazlarındaki optik kazanımın kaynağı) optik geçişleri temel alır ve lazerden yayımlanan fotonlar gibi, yüzeyden parçacıklar yayımlanır. Bir SPED ise, yüzey plazmonlarının düzensiz bir kaynağı olarak, spaserden farklıdır. Her iki cihaz da elektromanyetik spektrumdaki kızıl ötesi bölge aralığında çalışabilir, bu da biyolojik molekülleri incelemek için oldukça kullanışlıdır.

“Grafen spaseri, pek çok potansiyel uygulamada gerek duyulabilecek, bir örneğin tek bir molekülünü bile tespit edebilen yoğun spektral ölçüm cihazlarının tasarımında kullanılabilir. Bu tür sensörler organik molekülleri, grafen bazlı bir spaserin çalıştığı orta kızıl ötesi bölgeyde yer alan yayımlanan ve soğurulan ışınlardan oluşan karakteristik titreşim geçişlerine (“parmak izlerine”) dayanarak tespit edebilir.” diye anlatıyor çalışmanın yazarlarından Alexander Dorofeenko.


Kaynaklar:

1- ‘Sniffer plasmons’ could detect explosiveshttps://www.sciencedaily.com/releases/2016/08/160815220053.htm

2- Self-consistent description of graphene quantum amplifier; DOI: 10.1103/PhysRevB.94.035406

 

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv