Surface Plasmon Polariton Graphene Photodetectors

Nano Letters

Volumn 16, Issue 1, 2016, Pages 8-20

  Echtermeyer, T J ^a,b   Milana, S ^a   Sassi, U ^a   Eiden, A ^a   Wu, M ^a   Lidorikis, E ^c   Ferrari, A C ^a  

^a UNIVERSITY OF CAMBRIDGE   (United Kingdom)

^b UNIVERSITY OF MANCHESTER   (United Kingdom)

^c UNIVERSITY OF IOANNINA   (Greece)

Author keywords

graphene; photodetection; plasmonics; sensor; surface plasmon polariton

Indexed keywords

ELECTROMAGNETIC WAVE POLARIZATION; LIGHT; PARTICLE OPTICS; PHONONS; PHOTODETECTORS; PHOTONS; PLASMONS; QUANTUM THEORY; SENSORS; SURFACE PLASMON RESONANCE;

ELECTRON HOLE PAIRS; GRAPHENE JUNCTIONS; METAL PHOTODETECTORS; PHOTO DETECTION; PLASMONIC NANOPARTICLE; PLASMONICS; SPECTRAL SELECTIVITY; SURFACE PLASMON POLARITONS;

GRAPHENE;

GRAPHITE; METAL; NANOPARTICLE;

CHEMISTRY; GENETIC PROCEDURES; LIGHT; NANOTECHNOLOGY; PHOTON; PROCEDURES; SURFACE PLASMON RESONANCE;

BIOSENSING TECHNIQUES; GRAPHITE; LIGHT; METALS; NANOPARTICLES; NANOTECHNOLOGY; PHOTONS; SURFACE PLASMON RESONANCE;

EID: 84957563593     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b02051     Document Type: Article

References (93)

1. Ferrari, A. C. et al. Nanoscale 2015, 7, 4598 10.1039/C4NR01600A
2. Koppens, F. H. L.; Mueller, T.; Avouris, Ph.; Ferrari, A. C.; Vitiello, M. S.; Polini, M. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 780-793 10.1038/nnano.2014.215
3. Urich, A.; Unterrainer, K.; Mueller, T. Nano Lett. 2011, 11, 2804 10.1021/nl2011388
4. Xia, F. N.; Mueller, T.; Lin, Y. M.; Valdes-Garcia, A.; Avouris, Ph. Nat. Nanotechnol. 2009, 4, 839 10.1038/nnano.2009.292
5. Lee, E. J. H.; Balasubramanian, K.; Weitz, R. T.; Burghard, M.; Kern, K. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 486 10.1038/nnano.2008.172
6. Mueller, T.; Xia, F.; Avouris, Ph. Nat. Photonics 2010, 4, 297 10.1038/nphoton.2010.40
7. Mueller, T.; Xia, F.; Freitag, M.; Tsang, J.; Avouris, Ph. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2009, 79, 245430 10.1103/PhysRevB.79.245430
8. Lemme, M. C.; Koppens, F. H. L.; Falk, A. L.; Rudner, M. S.; Park, H.; Levitov, L. S.; Marcus, C. M. Nano Lett. 2011, 11, 4134 10.1021/nl2019068
9. Echtermeyer, T. J.; Britnell, L.; Jasnos, P. K.; Lombardo, A.; Gorbachev, R. V.; Grigorenko, A. N.; Geim, A. K.; Ferrari, A. C.; Novoselov, K. S. Nat. Commun. 2011, 2, 458 10.1038/ncomms1464
10. Liu, Y.; Cheng, R.; Liao, L.; Zhou, H.; Bai, J.; Liu, G.; Liu, L.; Huang, Y.; Duan, X. Nat. Commun. 2011, 2, 579 10.1038/ncomms1589
11. Gabor, N. M.; Song, J. C. W.; Ma, Q.; Nair, N. L.; Taychatanapat, T.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Levitov, L. S.; Jarillo-Herrero, P. Science 2011, 4, 648 10.1126/science.1211384
12. Konstantatos, G.; Badioli, M.; Gaudreau, L.; Osmond, J.; Bernechea, M.; Garcia de Arquer, P.; Gatti, F.; Koppens, F. H. L. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 363 10.1038/nnano.2012.60
13. Engel, M.; Steiner, M.; Lombardo, A.; Ferrari, A. C.; Loehneysen, H. V.; Avouris, Ph.; Krupke, R. Nat. Commun. 2012, 3, 906 10.1038/ncomms1911
14. Yan, J.; Kim, M.-H.; Elle, J. A.; Sushkov, A. B.; Jenkins, G. S.; Milchberg, H. M.; Fuhrer, M. S.; Drew, H. D. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 472 10.1038/nnano.2012.88
15. Chitara, B.; Krupanidhi, S. B.; Rao, C. N. R. Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 113114 10.1063/1.3640222
16. Freitag, M.; Low, T.; Zhu, W.; Yan, H.; Xia, F.; Avouris, Ph. Nat. Commun. 2013, 4, 1951 10.1038/ncomms2951
17. Vicarelli, L.; Vitiello, M. S.; Coquillat, D.; Lombardo, A.; Ferrari, A. C.; Knap, W.; Polini, M.; Pellegrini, V.; Tredicucci, A. Nat. Mater. 2012, 11, 865 10.1038/nmat3417
18. Spirito, D. et al. Appl. Phys. Lett. 2014, 104, 061111 10.1063/1.4864082
19. Cai, X. et al. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 814-819 10.1038/nnano.2014.182
20. Park, J.; Ahn, Y. H.; Ruiz-Vargas, C. Nano Lett. 2009, 9, 1742 10.1021/nl8029493
21. Song, J. C. W.; Rudner, M. S.; Marcus, C. M.; Levitov, L. S. Nano Lett. 2011, 11, 4688 10.1021/nl202318u
22. Echtermeyer, T. J. et al. Nano Lett. 2014, 14, 3733 10.1021/nl5004762
23. Giovannetti, G.; Khomyakov, P. A.; Brocks, G.; Karpan, V. M.; van den Brink, J.; Kelly, P. J. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 026803 10.1103/PhysRevLett.101.026803
24. Peters, E. C.; Lee, E. J. H.; Burghard, M.; Kern, K. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 193102 10.1063/1.3505926
25. Rao, G.; Freitag, M.; Chiu, H.-Y.; Sundaram, R. S.; Avouris, Ph. ACS Nano 2011, 5, 5848 10.1021/nn201611r
26. Sun, D. et al. Nat. Nanotechnol. 2012, 7, 114 10.1038/nnano.2011.243
27. Nair, R. R.; Blake, P.; Grigorenko, A. N.; Novoselov, K. S.; Booth, T. J.; Stauber, T.; Peres, N. M. R.; Geim, A. K. Science 2008, 320, 1308 10.1126/science.1156965
28. Mak, K. F.; Sfeir, M. Y; Wu, Y; Lui, C. H.; Misewich, J. A.; Heinz, T. F. Phys. Rev. Lett. 2008, 101, 196405 10.1103/PhysRevLett.101.196405
29. Lagatsky, A. A. et al. Appl. Phys. Lett. 2013, 102, 013113 10.1063/1.4773990
30. Sze, S. M. Physics of Semiconductor Devices; Wiley Interscience: New York, 1981.
31. Kim, C. O.; Kim, S.; Shi, D. H.; Kang, S. S.; Kim, J. M.; Jang, C. W.; Joo, S. S.; Lee, J. S; Kim, J. H.; Choi, S.-H.; Hwang, E. Nature Commun. 2014, 5, 3249 10.1038/ncomms4249
32. Britnell, L. et al. Science 2013, 340, 1311 10.1126/science.1235547
33. Roy, K.; Padmanabhan, M.; Goswami, S.; Sai, T. P.; Ramalingam, G.; Raghavan, S.; Ghosh, A. Nat. Nanotechnol. 2013, 8, 826-830 10.1038/nnano.2013.206
34. An, X.; Liu, F.; Jung, Y. J.; Kar, S. Nano Lett. 2013, 13, 909 10.1021/nl303682j
35. Liu, F.; Kar, S. ACS Nano 2014, 8, 10270 10.1021/nn503484s
36. Schall, D. et al. ACS Photonics 2014, 1, 781 10.1021/ph5001605
37. Furchi, M. et al. Nano Lett. 2012, 12, 2773-2777 10.1021/nl204512x
38. Engel, M. et al. Nat. Commun. 2012, 3, 906 10.1038/ncomms1911
39. Shiue, R.; Gan, X.; Gao, Y.; Li, L.; Yao, X. et al. Appl. Phys. Lett. 2013, 105, 241109 10.1063/1.4839235
40. Pospischil, A. et al. Nat. Photonics 2013, 7, 892-896 10.1038/nphoton.2013.240
41. Gan, X. et al. Nat. Photonics 2013, 7, 883-887 10.1038/nphoton.2013.253
42. Wang, X.; Cheng, Z.; Xu, K.; Tsang, H. K.; Xu, J. Nat. Photonics 2013, 7, 888-891 10.1038/nphoton.2013.241
43. Fang, Z.; Liu, Z.; Wang, Y.; Ajayan, P. M.; Nordlander, P.; Halas, N. J. Nano Lett. 2012, 12, 3808 10.1021/nl301774e
44. Schedin, F.; Lidorikis, E.; Lombardo, A.; Kravets, V. G.; Geim, A. K.; Grigorenko, A. N.; Novoselov, K. S.; Ferrari, A. C. ACS Nano 2010, 4, 5617 10.1021/nn1010842
45. Maier, S. A. Plasmonics: Fundamentals and Applications; Springer-Verlag: Berlin, 2007.
46. Raether, H. Surface Plasmons; Springer-Verlag: Berlin, 1988.
47. Economou, E. N. Phys. Rev. 1969, 182, 539 10.1103/PhysRev.182.539
48. Ishi, T.; Fujikata, J.; Makita, K.; Baba, T.; Ohashi, K. Jpn. J. Appl. Phys. 2005, 44, 364 10.1143/JJAP.44.L364
49. Ren, F.-F.; Ang, K.-W.; Ye, J.; Yu, M.; Lo, G.-Q.; Kwong, D.-L. Nano Lett. 2011, 11, 1289 10.1021/nl104338z
50. Yu, Z.; Veronis, G.; Fan, S.; Brongersma, M. L. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 151116 10.1063/1.2360896
51. Bhat, R. D.; Panoiu, N. C.; Brueck, S. R.; Osgood, R. M. Opt. Express 2008, 16, 4588 10.1364/OE.16.004588
52. Shackleford, J. A.; Grote, R.; Currie, M.; Spanier, J. E.; Nabet, B. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 083501 10.1063/1.3086898
53. Karar, A.; Das, N.; Tan, C. L.; Alameh, K.; Lee, Y. T.; Karouta, F. Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 133112 10.1063/1.3625937
54. Tielrooij, K. J.; Piatkowski, L.; Massicotte, M.; Woessner, A.; Ma, Q.; Lee, Y.; Myhro, K. S.; Lau, C. N.; Jarillo-Herrero, P.; van Hulst, N. F.; Koppens, F. H. L. Nat. Nanotechnol. 2015, 10, 437 10.1038/nnano.2015.54
55. Tielrooij, K. J.; Massicotte, M.; Piatkowski, L.; Woessner, A.; Ma, Q.; Jarillo-Herrero, P.; van Hulst, N. F.; Koppens, F. H. L. J. Phys.: Condens. Matter 2015, 27, 164207 10.1088/0953-8984/27/16/164207
56. Harrer, A.; Schwarz, B.; Gansch, R.; Reininger, P.; Detz, H.; Zederbauer, T.; Andrews, A. M.; Schrenk, W.; Strasser, G. Appl. Phys. Lett. 2014, 105, 171112 10.1063/1.4901043
57. Wang, Z.; Ishibashi, K.; Komiyama, S.; Nagai, N.; Hirakawa, K. Appl. Phys. Lett. 2012, 101, 091114 10.1063/1.4748581
58. Taflove, A.; Hagness, S. C. Computational electrodynamics: the finite difference time-domain method; Artech House: Boston, MA, 2005.
59. López-Tejeira, F. et al. Nat. Phys. 2007, 3, 324 10.1038/nphys584
60. Choi, S. B. et al. Appl. Phys. Lett. 2009, 94, 063115 10.1063/1.3068502
61. Radko, I. P.; Bozhevolnyi, S. I.; Brucoli, G.; Martín-Moreno, L.; García-Vidal, F. J.; Boltasseva, A. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2008, 78, 115115 10.1103/PhysRevB.78.115115
62. Søndergaard, T.; Siahpoush, V.; Jung, J. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2012, 86, 085455 10.1103/PhysRevB.86.085455
63. Lévêque, G.; Martin, O. J. F. J. Appl. Phys. 2006, 100, 124301 10.1063/1.2401025
64. Johnson, P. B.; Christy, R. W. Phys. Rev. B 1972, 6, 4370 10.1103/PhysRevB.6.4370
65. Kravets, V. G.; Grigorenko, A. N.; Nair, R. R.; Blake, P.; Anissimova, S.; Novoselov, K. S.; Geim, A. K. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2010, 81, 155413 10.1103/PhysRevB.81.155413
66. Palik, E. D. Handbook of Optical Constants of Solids; Academic: San Diego, CA, 1998.
67. Weeber, J.-C.; Bouhelier, A.; Colas des Francs, G.; Markey, L.; Dereux, A. Nano Lett. 2007, 7, 1352 10.1021/nl070403y
68. Zia, R.; Brongersma, M. L. Nat. Nanotechnol. 2007, 2, 426 10.1038/nnano.2007.185
69. Drezet, A. et al. Mater. Sci. Eng., B 2008, 149, 220 10.1016/j.mseb.2007.10.010
70. Brolo, A. G. Nat. Photonics 2012, 6, 709 10.1038/nphoton.2012.266
71. Homola Chem. Rev. 2008, 108, 462-493 10.1021/cr068107d
72. Gao, Y.; Gan, Q.; Xin, Z.; Cheng, X.; Bartoli, F. J. ACS Nano 2011, 5, 9836-9844 10.1021/nn2034204
73. Feng, J.; Siu, V. S.; Roelke, A.; Mehta, V.; Rhieu, S. Y.; Palmore, G. T. R.; Pacifici, D. Nano Lett. 2012, 12, 602-609 10.1021/nl203325s
74. Kim, J.; Kasture, M.; Hwang, T.; Kulkarni, A.; Amin, R.; Park, S.; Kim, T.; Gosavi, S. Appl. Biochem. Biotechnol. 2012, 167, 1069-1075 10.1007/s12010-012-9693-9
75. Voros, J. Biophys. J. 2004, 87, 553 10.1529/biophysj.103.030072
76. Novoselov, K. S.; Geim, A. K.; Morozov, S. V.; Jiang, D.; Zhang, Y.; Dubonos, S. V.; Grigorieva, I. V.; Firsov, A. A. Science 2004, 306, 666 10.1126/science.1102896
77. Novoselov, K. S.; Jiang, D.; Schedin, F.; Booth, T. J.; Khotkevich, V.; Morozov, S. V.; Geim, A. K. P. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2005, 102, 10451 10.1073/pnas.0502848102
78. Casiraghi, C. et al. Nano Lett. 2007, 7, 2711 10.1021/nl071168m
79. Ferrari, A. C.; Meyer, J. C.; Scardaci, V.; Casiraghi, C.; Lazzeri, M; Mauri, F.; Piscanec, S.; Jiang, D.; Novoselov, K. S.; Roth, S.; Geim, A. K. Phys. Rev. Lett. 2006, 97, 187401 10.1103/PhysRevLett.97.187401
80. Ferrari, A. C.; Basko, D. M. Nat. Nanotechnol. 2013, 8, 235 10.1038/nnano.2013.46
81. Wooten, F. Optical Properties of Solids; Academic Press: New York, 1972.
82. Chen, J. C.; Li, K. Microw. Opt. Techn. Lett. 1995, 10, 319 10.1002/mop.4650100605
83. Vakil, A.; Engheta, N. Science 2011, 332, 1291 10.1126/science.1202691
84. Koppens, F. H. J.; Chang, D. E.; García de Abajo, F. J. Nano Lett. 2011, 11, 3370 10.1021/nl201771h
85. Ding, K.; Shen, Y.; Ng, J.; Zhou, L. EPL 2013, 102, 28005 10.1209/0295-5075/102/28005
86. Cheng, J.; Wang, W. L.; Mosallaei, H.; Kaxiras, E. Nano Lett. 2014, 14, 50 10.1021/nl403005s
87. Anders, H. Thin Films in Optics; Focal: London, 1967.
88. Hecht, E. Optics, 4th ed.; Addison Wesley: Boston, MA, 2002.
89. Kuzmenko, A. B.; van Heumen, E.; Carbone, F.; van der Marel, D. Phys. Rev. Lett. 2008, 100, 117401 10.1103/PhysRevLett.100.117401
90. Wang, Y. Y.; Ni, Z. H.; Shen, Z. X.; Wang, H. M.; Wu, Y. H. Appl. Phys. Lett. 2008, 92, 043121 10.1063/1.2838745
91. Yoon, D.; Moon, H.; Son, Y.-W.; Choi, J. S.; Park, B. H.; Cha, Y. H.; Kim, Y. D.; Cheong, H. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2009, 80, 125422 10.1103/PhysRevB.80.125422
92. Gao, L.; Ren, W.; Liu, B.; Saito, R.; Wu, Z.-S.; Li, S.; Jiang, C.; Li, F.; Cheng, H.-M. ACS Nano 2009, 3, 933 10.1021/nn8008799
93. Klar, P.; Lidorikis, E.; Eckmann, A.; Verzhbitskiy, I. A.; Ferrari, A. C.; Casiraghi, C. Phys. Rev. B: Condens. Matter Mater. Phys. 2013, 87, 205435 10.1103/PhysRevB.87.205435