Терагерцовый ближнепольный отклик слоёв графена и структур на его основе / Трухин В.Н., Мустафин И.А., Лебедев С.П., Baldycheva A., Bandurin D.A.

На протяжении последних лет пристальное внимание уделяется исследованию взаимодействиятерагерцового излучения со структурами на основе углеродных нанотрубок и графена [1-3]. В первуюочередь это связано с активным поиском новых материалов для создания дешевых, быстрых ивысокочувствительных детекторов терагерцового (ТГц) излучения, функционирующих при комнатнойтемпературе. Недавние исследования графена продемонстрировали перспективность этого материала какосновы для создания элемента оптоэлектронных устройств [4] ТГц диапазона. Как известно, графенобладает сильным плазмонным откликом на ТГц частотах, что обусловлено как высокой плотностью, таки малой коллективной эффективной массой свободных носителей заряда [5]. Поэтому весьма актуальнымявляется исследования взаимодействия электромагнитного излучения в ТГц спектральном диапазоне сзондом АСМ вблизи графена. Настоящая работа посвящена исследованию взаимодействияближнепольной компоненты терагерцового электромагнитного поля с монослойным и многослойнымграфеном с использованием терагерцового ближнепольного микроскопа.Для получения пленок графена использовался метод термического разложения поверхности SiC [6].Многослойный графен синтезировался на металлической подложке методом химического газофазногоосаждения (CVD) с последующим переносом на подложку кремния, поверхность которой была окислена.В качестве микроструктуры на основе монослоя графена исследовалась транзисторная структура,представляющая собой полоску графена шириной несколько микрон [7]. Терагерцовый безапертурныйближнепольный микроскоп, используемый в данной работе, представлял собой когерентный ТГцспектрометр с временным разрешением с интегрированным в него атомно-силовым микроскопом на базесканирующего зондового микроскопа (СЗМ) NanoEducator. Зонды изготавливались методомэлектрохимического травления провода вольфрама и были охарактеризованы в растровом электронноммикроскопе.Были исследованы волновые формы терагерцового импульса, возникающего в результате рассеяниятерагерцового излучения зондом, ближнее поле которого модифицируется в результате взаимодействия собразцом. Экспериментально было показано, что сила взаимодействия ближнепольной компонентытерагерцового электромагнитного поля с многослойным графеном имеет по порядку ту же величину, как ив случае взаимодействия с поверхностью металла Au. Оказалось, что сила взаимодействия ближнепольнойкомпоненты терагерцового электромагнитного поля с монослойным графеном на SIC значительно ниже.Было обнаружено, что в спектре ТГц излучения, рассеянного на системе «зонд + монослой графена наSiC», существуют особенности, которые отсутствуют в спектре исходного ТГц излучения. В области 1.2-1.6 ТГц присутствуют как усиленные, так и новые пики. Для транзисторной структуры на основемонослоя графена ТГц ближнеполный отклик становился больше, а в спектре появились резонансныелинии, которых не было ни в спектрах ближнепольного терагерцового отклика для Au, ни в спектрах дляне структурированных слоев графена. Возможно это обусловлено, как уже отмечалось ранее, сильнымплазмонным откликом на терагерцовых частотах и проявлением интерференции плазмонов в графеновойполоске.