新平台在高电荷石墨烯中产生混合光物质激发

15年前首次成功隔离以来，石墨烯是一种原子薄的碳层，电子几乎可以不受阻碍地穿过该碳层行进。它具有许多独特的特性，能够支持与电子电荷振荡(等离激元极化子)耦合的高度局限的电磁波，这些电荷在纳米技术中具有广泛的应用前景，包括生物传感，量子信息和太阳能。

然而，为了支持等离激元极化子，必须通过向附近的金属栅极施加电压来对石墨烯进行充电，这大大增加了纳米级器件的尺寸和复杂性。哥伦比亚大学的研究人员报告说，他们已经在没有外部栅极的情况下获得了具有创纪录的高电荷密度的具有等离子体活性的石墨烯。他们通过利用称为α-RuCl3的二维电子受体进行新型层间电荷转移来实现这一目标。这项研究现在可以作为开放获取的文章在线获得，并将出现在12月9日的Nano Letters中。

“这项工作使我们能够在没有金属栅极或电压源的情况下将石墨烯用作等离子材料，这使首次创建独立的石墨烯等离子结构成为可能。”机械工程学教授王凤仁教授在哥伦比亚工程公司。

所有材料都具有称为功函数的特性，该函数可以量化它们对电子的保持力。当两种不同的材料接触时，电子将从具有较小功函数的材料移动到具有较大功函数的材料，从而使前者带正电，而后者带负电。这与在气球上擦头发时会产生静电荷的现象相同。

α-RuCl3在纳米材料中是独特的，因为即使剥落至一层或几原子厚的二维层，它也具有极高的功函。知道了这一点，哥伦比亚研究人员在α-RuCl3顶部创建了由石墨烯组成的原子级堆栈。正如预期的那样，电子从石墨烯中去除，使其具有高导电性，并能够容纳等离激元极化子，而无需在外部栅极上使用。

与电门控相比，使用α-RuCl3给石墨烯充电带来两个主要优点。α-RuCl3所感应的电荷要比电门所能产生的电荷大得多，而电门却受到绝缘层和石墨烯击穿的限制。另外，由于“电场条纹”，石墨烯和下面的栅电极之间的间隔使带电和不带电区域之间的边界模糊。这阻止了在石墨烯内以及沿着石墨烯边缘实现锋利的电荷特征，而锋利的电荷特征是表现出新的等离子体现象所必需的。相反，在α-RuCl3的边缘，石墨烯中的电荷几乎在原子尺度上降至零。