Чрез анализиране на взаимодействието между инфрачервена светлина и графен, изследователи от партньори Графенът водещи италианския технологичен институт (IIT), Университета в Рим, Политехническия Университет на Милано, Италия, и Графенът център на Кеймбридж, Великобритания, са произведени бързи снимки както на еднослоен, така и на многослоен графен, използвайки кохерентно анти-Стоксово Раманово разсейване (CARS). 1Рамановата спектроскопия е една от най-използваните техники в графеновата наука и технология, благодарение на пионерската работа, извършена от Graphene Flagship Partner University of Cambridge. Раманът може да се използва за предоставяне на информация за броя на графеновите слоеве, допинга, плътността и деформацията на дефекта и много други решаващи параметри.
Изследователите на Graphene Flagship за първи път прилагат кохерентна анти-Стокс Раманова спектроскопия (CARS) върху графен. CARS е вид Раманова спектроскопия, която използва два синхронизирани лазерни импулса, за да индуцира силни, кохерентни атомни трептения в изследваните проби. Това води до експоненциално по-висока скорост на придобиване, което води до бързо изобразяване. Лазерните импулси обаче също причиняват материали да излъчват фонов сигнал, който припокрива полезната част от спектъра. Тъй като графенът е с електронен
Ново разбиране за ултра бързо светлинно взаимодействие с графен поставя светлината на прожекторите върху CARS спектроскопията като инструмент за бързо изобразяване на графен
резонанс на всяка дължина на вълната, фоновият сигнал се държи по необичаен начин, което води до CARS спектри, които изглеждат много различни от стандартните Раманови спектри и трудни за интерпретиране.
Сега, разбирайки взаимодействието на двата лазерни импулса CARS с електронната структура на графена, изследователите на Graphene Flagship откриха начин за намаляване на припокриването и получаване на ясен, лесно интерпретируем CARS спектър. „Обикновено импулсите се синхронизират – те въздействат едновременно върху пробата. Променяйки закъснението между импулсите, можем да променим относителното тегло на вибрационния сигнал от интерес по отношение на фона, усилвайки първия по отношение на последното “, казва Тулио Скопиньо от Graphene Flagship партньор IIT. „Това ни дава възможност да получим CARS спектри, които приличат на конвенционални рамани, и ни позволява да използваме CARS за вибрационно изображение на графен. Вече можем да записваме CARS спектри на графен с еквивалентен контраст на спонтанен Раман, но с много по-висока скорост ,
Рамановата спектроскопия обикновено се прави на проби от графен, където електроните и дупките са в термодинамично равновесие. За да постигнат още повече тази технология, изследователите успешно извършили Раманова спектроскопия върху графен със силно изравнена популация от горещи електрони и дупки. Чрез внимателното подбиране на продължителността на импулса на ултракоротко възбуждане, те откриват, че продължителността на импулса е достатъчно къса, за да създаде неравновесно разпределение на носителя, но в същото време достатъчно дълго, за да осигури честотната резолюция, необходима за Раманова спектроскопия. Техните открития са публикувани в Nature Communications. 4„Това е важно, тъй като повечето оптоелектронни и фотонни устройства, базирани на графен, като фотодетекторите, модулаторите и наситените абсорбатори, работят извън равновесие в свръхкоротките времеви диаграми“, обяснява Джулио Серуло от водещия партньор на Graphene Politecnico di Milano. „Ето защо за проектирането и моделирането на тези устройства е жизненоважно да се разберат неравновесните взаимодействия на горещи електрони с фонони в графен – и това е точно информацията, предоставена от нашите експерименти в този документ.“
Франк Коппенс, ръководител на работния пакет Graphene Flagship за фотоника и оптоелектроника, също е оптимист за бъдещите приложения на своите изследвания: „Те демонстрираха много мощна техника за изобразяване на графен. Това може да се използва за много повече приложения, включително в медицинската област , както е разработено в момента от флагмана Graphene „, коментира той.
Андреа С. Ферари, служител по науката и технологиите на флагмана „Графен“ и председател на неговия панел за управление, добавя: „Рамановата спектроскопия е най-използваната неразрушителна техника за характеризиране на графен. Този резултат по принцип позволява картографиране на висока скорост и може да бъде разработен за текущ мониторинг. “
Всъщност приложенията не спират дотук – CARS микроскопията обикновено се използва за изобразяване на биомолекули и тъкани и сега потенциално може да се използва за идентификация на тумор. Тези изследователи на Graphene Flagship са разработили нова лазерна архитектура за микроскопия на CARS, която включва абсорбиращ наситен с графен абсорбатор и те първи докладват за това на конференцията по лазери и електрооптика, САЩ. 5Водещи партньори на Graphene Politecnico di Milano, IIT, Италия и Cambridge Graphene Center, Обединеното кралство, са патентовали тази технология и очакват скоро да намерят търговски приложения в индустрията за биологични изображения. „Това е драстично опростена технология: тя обещава операция„ до ключ “и струва с един порядък по-малко от най-съвременните. Създадена е компания, която има за цел да комерсиализира тази техника, Cambridge Raman Imaging Limited“, коментари Серуло.