Плазмон — это псевдочастица, представляющая собой облако колеблющихся электронов и привязанного к ним электромагнитного поля на поверхности металлов. С помощью плазмонов можно генерировать, передавать и принимать сигналы; плазмоны могут выступать посредниками между электронами и световыми волнами в фотодетекторах. Благодаря тому, что плазмоны распространяются только в очень тонком, меньше длины волны света, слое у поверхности, их можно «запереть» в очень маленьком пространстве, а приборы для передачи информации на их основе гораздо миниатюрнее тех, в которых используют фотоны. Для того, чтобы передавать сигнал с помощью плазмонов, нужна поверхность, по которой они будут распространяться. Ученые из МФТИ предложили использовать в этой роли графен — слой углерода толщиной в один атом. Исследователи из МФТИ предложили сделать «сэндвич» из двух слоев графена и прослойки из дисульфида вольфрама между ними и получить таким образом устройство, похожее по своему принципу на лазер, но, в отличие от лазера, создающее поток не фотонов, а плазмонов. Этот плазмонный лазер они назвали спазером (от англ. SPASER — surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation). Активная среда, конечно же, не является вечным двигателем, и рождающаяся частица (фотон или плазмон) должна откуда-то брать энергию. В гелий-неоновом лазере эта энергия берется от электрона, заброшенного на высокую атомную орбиталь электрическим разрядом. В полупроводниковом лазере эта энергия берется при взаимном уничтожении отрицательных и положительных носителей заряда — электронов и дырок, которые поставляются источником тока. А в предлагаемой двухслойной графеновой структуре плазмон берет энергию от электрона, «прыгающего» со слоя с высокой потенциальной энергией на слой с низкой, как это показано на рисунке. Образование плазмона в результате такого прыжка похоже на образование волн при погружении ныряльщика в воду. Как говорит ведущий автор исследования Дмитрий Свинцов, дисульфид вольфрама работает как активная среда, то есть, источник плазмонов, а слои графена — источник электронов. В двухслойной графеновой структуре плазмон берет энергию от электрона, «прыгающего» со слоя с высокой потенциальной энергией на слой с низкой. Образование плазмона в результате такого прыжка похоже на образование волн при погружении ныряльщика в воду. По словам Свинцова, помимо плазмонов генератор может излучать и фотоны — плазмоны могут «отвязываться» от слоев графена и становиться фотонами в свободном пространстве. Это дает возможность создавать перестраиваемые источники излучения терагерцового и дальнего инфракрасного диапазона. Работа физиков опубликована в журнале Physical Review B. Ранее «Чердак» писал о том, как в МФТИ разработали конструкцию плазмонного устройства с применением графена. Там активная среда спазера была покрыта одним слоем графена, а источником энергии для получения плазмонов был свет. Спазер с одним слоем графена можно использовать как очень чувствительный сенсор — он обнаруживает даже отдельные молекулы.
