بر طبق پیش‌بینی محققان گرافن دولایه ی پیچ خورده که با نور برانگیخته می‌شود، می‌تواند میزبان یک پلاسمون آکوستیکی کُند رو باشد.

پیچاندن ورقه‌های گرافن در یک دسته دولایه، به طوری که جهت‌گیری‌های دوبعدی ورق‌ها از یکدیگر جدا شود، می‌تواند به شدت بر نحوه واکنش دسته به نور تأثیر بگذارد. محققان این اثر را به صورت تجربی مشاهده کرده‌اند، اما فاقد نظریه دقیق چنین رفتاری هستند. اکنون لورنزو کاویچی Lorenzo Cavicchi و همکارانش در Scuola Normale Superiore در ایتالیا نظریه‌ای را ایجاد کرده‌اند که پیش‌بینی می‌کند دو لایه‌های گرافن پیچ‌خورده تحت تابش نور می‌توانند میزبان دو نوع نوسان، معروف به پلاسمون باشند [1]. یکی از این پلاسمون‌ها، یعنی پلاسمون آکوستیکی، قویاً بین دو لایه گرافن محصور است و به آن ویژگی‌هایی می‌دهد که می‌تواند امکان استفاده از آن را در مطالعه برهم‌کنش‌های نور و ماده فراهم کند.

الکترون‌ها در یک دولایه گرافن پیچ خورده به‌طور غیریکنواخت در سراسر سیستم توزیع می‌شوند. این توزیع ناهمگن ناشی از اتم‌های کربن غیر همراستا در سیستم است. کاویچی و همکارانش ناهمگنی الکترون را در نظریه خود به حساب آورده اند. آنها همچنین دولایه را به جای یک تک واحد که قبلاً انجام می شد، به‌ عنوان دو صفحه مجزا مدل‌سازی کردند.

تئوری این تیم پیش‌بینی می‌کند که دولایه می‌تواند میزبان دو نوع نوسان پلاسمونی باشد: پلاسمون نوری که قبلاً شناخته شده و در آن همه الکترون‌ها همزمان در یک جهت حرکت می‌کنند، و یک پلاسمون آکوستیکی که در آن الکترون‌های هر صفحه در جهت مخالف حرکت می‌کنند. برای یک گرافن دولایه با زاویه پیچش 5 درجه بین صفحات، محققان پیش‌بینی می‌کنند که پلاسمون آکوستیکی باید سرعتی در حدود 840000 متر در ثانیه داشته باشد. این سرعت آنقدر آهسته است که نوسانات در شکاف 0.3 نانومتری بین صفحات گرافن محدود می‌شود. محققان می گویند که این محصور شدن قوی منجر به برهمکنش هایی بین پلاسمون و نور ورودی شده و شدت نور ورودی را افزایش می دهد. این رفتار می تواند برای برنامه های کاربردی در کاواک های کوانتومی مفید باشد.

1-L. Cavicchi et al., “Theory of intrinsic acoustic plasmons in twisted bilayer graphene,” Phys. Rev. B 110, 045431 (2024).

منبع:

Twisted Graphene Could Host an Acoustic Plasmon