韩国科学技术院的研究人员及其国内外合作者成功地展示了一种新型的石墨烯声等离子体场直接近场光学成像方法。这一策略将为石墨烯声等离子体平台在下一代高性能石墨烯光电器件中的实际应用提供一个突破，增强了光物质相互作用，降低了传播损耗。 最近有研究表明，石墨烯等离子体激元，即石墨烯中自由电子与电磁波耦合的集体振荡，可用于捕获和压缩将石墨烯与金属片分离的极薄介质层中的光波。在这种结构中，石墨烯的传导电子在金属中“反射”，因此当光波“推动”石墨烯中的电子时，它们在金属中的电荷图像也开始振荡。这种新型的集体电子振荡模式被称为“声学石墨烯等离子体激元(AGP)”。 AGP的存在以前只能通过间接的方法观察，如远场红外光谱和光电流绘图。这种间接观测是研究人员为在纳米薄结构中对光波的强烈压缩所付出的代价。认为设备外的电磁场强度不足以实现AGP的直接近场光学成像。 受到这些限制的挑战，三个研究小组共同努力，利用先进的纳米制造方法，建立了一种独特的实验技术。他们的发现发表在2月19日的《自然通讯》杂志上。
韩科院的一个研究小组由分钟Seok张成泽电气工程学院的教授使用了一个高度敏感的scattering-type扫描近场光学显微镜(s-SNOM)直接测量的光学领域AGP nanometer-thin波导波传播,可视化的千重压缩中红外光线第一次。 张教授和他的团队的博士后研究员Sergey G. Menabde成功地利用AGP波的快速衰减但在石墨烯上方始终存在电场，获得了AGP波的直接图像。他们表明，即使当AGPs的大部分能量在石墨烯下面的电介质内流动时，也可以检测到AGPs。 这之所以成为可能，是因为纳米波导内部的表面超光滑，等离子体波可以在更长的距离上传播。与类似条件下的石墨烯表面等离子体激元相比，研究人员所探测的AGPmode的局限性要高出2.3倍，在标准化传播长度方面表现出高出1.4倍的优点。 实验中使用的这些超光滑的波导纳米结构是由明尼苏达大学电子与计算机工程系的吴尚铉教授和博士后研究员李仁浩(in - ho Lee)用模板剥离方法创建的。 韩国成均馆大学基础科学研究所(IBS)综合纳米结构物理中心(CINAP)教授Young Hee Lee和他的研究人员合成了单晶结构的石墨烯，这种高质量、大面积的石墨烯实现了低损耗等离子体传播。 许多重要有机分子的化学和物理性质可以通过它们在中红外光谱中的吸收特征来检测和评价。然而，传统的检测方法需要大量的分子才能成功检测，而超压缩的AGP场可以在微观水平上提供强的光-物相互作用，从而显著提高了检测灵敏度，甚至可以检测到单个分子。 此外，由Jang教授和该团队进行的研究表明，中红外AGPs天生对石墨烯中的损耗不太敏感，因为它们的场主要局限在电介质内。研究小组报告的结果表明，AGPs可能成为一种有前景的平台，用于可电调谐石墨烯光电器件，这些器件通常在石墨烯中吸收率较高，如超表面、光开关、光伏和其他在红外频率下工作的光电应用。 Jang教授说:“我们的研究揭示了声学石墨烯等离子体激元的超压缩电磁场可以通过近场光学显微镜方法直接访问。我希望这一发现将激励其他研究人员将AGPs应用于需要强光-物质相互作用和较低传播损耗的各种问题。”