ИОФ РАН
Фотолюминесценция в ближней инфракрасной области 7-а нанополос графена, полученных методом снизу-вверх
Пресс-релиз публикации: P.V. Fedotov, E.D. Obraztsova. Near infrared photoluminescence of the bottom-up produced 7-armchair graphene nanoribbons. Appl. Phys. Lett. - 2023. - 122 (1). - 013101 (1-6). DOI: 10.1063/5.0131405
Узкие нанополосы графена (НПГ) - новый и наименее исследованный одномерный наноматериал на основе графена. Его несомненным преимуществом является наличие запрещенной зоны, величина которой обратно пропорциональна ширине нанополос. Это свойство позволяет использовать нанополосы не только в наноэлектронике, но и в оптоэлектронике. В работе исследовались фотолюминесцентные свойства узких нанополос графена (шириной 1 нм), синтезированных методом химического газофазного осаждения на основе подхода “снизу-вверх”. Макроскопическое количество узких НПГ было синтезировано оригинальным методом, предложенным авторами работы. Оригинальность метода заключалась в выборе нового материала подложек – Ni (а не Au), и в использовании достаточно низкого уровня вакуума (10-1 Па). Структура и качество синтезированных пленок НПГ были подтверждены наблюдением характерного уникального спектра комбинационного рассеяния света, соответствующего 7а-нанополосам графена (Рис. 1).
Полученные 7а-НПГ имеют широкую оптическую запрещенную зону с максимумом пика экситонной фотолюминесценции (ФЛ) при 608 нм (2,04 эВ). В то же время суспензии 7а-НПГ демонстрируют яркую ФЛ в инфракрасной области (ИК) спектра с максимумом пика при 910 нм (1,36 эВ) (Рис. 2). Относительная интенсивность этого пика увеличивается при добавлении допанта p-типа в раствор НПГ. Энергия этого ФЛ перехода, равная 1,36 эВ, хорошо согласуется с теоретически предсказанной энергией низшего яркого состояния триона в отдельно стоящих 7а-НПГ. Таким образом, экспериментальное наблюдение ФЛ в ближней ИК области в узких 7а-нанополосах графена было реализовано в данной работе впервые в мире. Зависимость ФЛ НПГ от добавления жидкофазного допанта также наблюдалась впервые.
НПГ активно используются в различных областях науки и техники, таких как наноэлектроника, производство конденсаторов и термоэлектрических устройств. Продемонстрированные результаты могут быть полезны для дальнейшего изучения узких НПГ, особенно в оптике, и могут применяться в новых приложениях НПГ в области фотоники и оптоэлектроники.
Работа была выполнена авторами из ИОФ РАН и МФТИ с.н.с., к.ф.‑м.н. Федотовым П.В. и зав. лаб., к.ф.-м.н. Образцовой Е.Д. В частности, авторами была проведена экспериментальная работа по синтезу и оптической характеризации узких нанополос графена.
Представленные результаты были получены при финансовой поддержке РФФИ (№ 19-32-60006) и РНФ (№ 21-72-10164 и № 20-42-08004).
Пресс-релиз подготовил: старший научный сотрудник отдела светоиндуцированных поверхностных явлений (ОСПЯ) Центра естественно-научных исследований (ЦЕНИ) ИОФ РАН, кандидат физико-математических наук П.В. Федотов.
Рис. 1. Типичный спектр комбинационного рассеяния (КР) синтезированной пленки 7а-НПГ. Возбуждение - 532 нм. Интенсивности полос в спектре нормированы на интенсивность полосы G-моды. Наиболее интенсивные особенности отнесены к характерным модам 7а-НПГ. На вставке показана схема синтеза 7а-НПГ. (Источник: P.V. Fedotov, E.D. Obraztsova. Near infrared photoluminescence of the bottom-up produced 7-armchair graphene nanoribbons. Appl. Phys. Lett. - 2023. - 122 (1). - 013101 (1-6). DOI: 10.1063/5.0131405)
Рис. 2. Спектральные карты возбуждения фотолюминесценции 7а-НПГ, суспендированных в толуоле, в видимом диапазоне (а) и ближнем инфракрасном диапазоне (б). (Источник: P.V. Fedotov, E.D. Obraztsova. Near infrared photoluminescence of the bottom-up produced 7-armchair graphene nanoribbons. Appl. Phys. Lett. - 2023. - 122 (1). - 013101 (1-6). DOI: 10.1063/5.0131405)