利用石墨烯设计等离子体传感器

据麦姆斯咨询报道，中国计量大学的科学家利用石墨烯的等离子体可检测不同波长的特性设计出一款红外传感器（详见光学期刊Opt. Mater. Express，doi：10.1364/OME.9.000035）。这款小型可调传感器有朝一日将用于检测病原体、微量气体或其他物质。

探索石墨烯和等离子体子

许多利用纳米级传感器设计的实验探索到了表面等离子体激元（SPP，由光激发的电磁表面波）的可能性。感测介质的折射率发生微小变化，表面等离子体共振会发生明显的偏移。

SPP实验通常使用贵金属作为等离子体表面，但是这些材料只对可见光发生响应。以前采用图形化超材料设计的传感器只能在固定的时间测量特定的频率。

位于杭州的中国计量大学的研究小组将思路转向了石墨烯。因为石墨烯与红外光相互作用良好，研究小组还提出了在氟化钙介电衬底上采用石墨烯作为等离子体材料的设计。利用计算机模拟，科学家们发现如果石墨烯形成半径为40nm的圆盘，其中每个圆盘的晶体结构中都包含一个小的偏心圆形缺陷，将会发生什么？石墨烯圆盘顶部的离子凝胶层会向装置提供偏置电压。

一款由纳米级石墨烯圆盘阵列构成的新型传感器，每个圆盘有一个偏心孔，能够同时检测两种物质（红球）。这些圆盘位于离子凝胶（图中绿色部分）和氟化钙（图中深粉色部分）之间，用于向传感器施加电压并帮助产生SPP。

缺陷引入方式

缺陷的存在激发了一种被称为等离子体杂交的现象，这种现象往往在中红外光谱中产生双波段共振峰。在X-Y平面移动圆盘内缺陷的位置并测量由此产生的透射光谱变化，表明该阵列是偏振敏感的。科学家可以通过调整外加电压来改变传感器的灵敏度，从而检测不同物质。

将传感器置于目标物质附近，传感器的折射率会发生改变，从而对探测信号进行标记。中国计量大学研究小组报告说，他们设计的传感器灵敏度达到了550 cm–1 /RIU。

来自中国浙江理工大学和丹麦理工大学的研究人员也参与了这项研究。