我們使用石墨烯納米帶方案研究了氣體振動(dòng)模式的等離子體傳感。氣體檢測(cè)的靈敏度取決于施加在氣體分子上的俘獲力以及等離子體場(chǎng)的限制。這些又取決于設(shè)備結(jié)構(gòu)。在這里，通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)中可能的氣體捕獲機(jī)制（光學(xué)力、靜電力和吸附）進(jìn)行系統(tǒng)建模，我們發(fā)現(xiàn)表面吸附是將游離氣體分子捕獲在石墨烯上的主要機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)了等離激元增強(qiáng)的傳感氣體振動(dòng)模式。由于聲等離子體激元的激發(fā)，可通過(guò)利用完美的吸收方案或最近描述的將底層金屬放置在石墨烯附近的方法，利用極端的等離子體限制使靈敏度有望得到進(jìn)一步提高。
Figure 1. （a）傳感器設(shè)置示意圖。（b）在標(biāo)準(zhǔn)溫度-壓力條件下，濃度為1和10 ppt氣體的介電常數(shù)的實(shí)部和虛部與波數(shù)的關(guān)系。
Figure 2. （a）沿平行于z軸切割線的光力和光勢(shì)能的z分量，其中x = 0、-12.5和-25 nm。（b）沿平行于x軸切割線的光力和光勢(shì)能的x分量，位于石墨烯上方0.2、2.5和5 nm處。
Figure 3. （a）色帶邊緣1 nm附近的靜電力分量和勢(shì)能的空間輪廓。（b）左：相對(duì)于熱能，靜電吸引力較小的區(qū)域；右圖：z≥z
0的最小靜電勢(shì)能隨偏壓和氧化物厚度的變化。
Figure 4. （a）吸附勢(shì)和捕集氣體濃度與z的關(guān)系。插圖：吸附的表面密度與游離氣體濃度的關(guān)系。（b）等離子和吸附氣體的等離子消光（有和沒有吸附電荷轉(zhuǎn)移）。插圖：在各種初始均質(zhì)氣體濃度下的等離激元消光。（c）包含σ
ad的等離子體消光，并且將其設(shè)置為零。（d）等離子體消光差的變化幅度與氣體均相濃度的關(guān)系。
相關(guān)研究成果于2019年由明尼蘇達(dá)大學(xué)Kaveh Khaliji課題組，發(fā)表在PHYS. REV. APPLIED（DOI: 10.1103/PhysRevApplied.13.011002）上。原文：Plasmonic Gas Sensing with Graphene Nanoribbons。
