Учёные из Испании построили теоретическую модель превращения одиночного листа графена в идеальный поглотитель.

Логично предположить, что обыкновенный однородный графен — тончайший монослой атомов углерода — плохо справляется с поглощением излучения. Такой вывод подтверждается и результатами вычислений, и недавними экспериментами , в которых образцы графена, помещённые на подложку из диоксида кремния, на энергиях фотонов свыше 0,5 эВ продемонстрировали поглощательную способность в (2,3 ± 0,2)%. Интересно, что последняя величина соответствует произведению числа  π  на постоянную тонкой структуры.

Саму возможность полного поглощения материалом света, падающего под самыми разными углами, физики убедительно доказали в 2008 году, когда такой эффект был продемонстрирован на примере наноструктурированных металлических поверхностей с локализованными плазмонными возбуждениями. Испанцы изучили полностью аналогичную схему, в которой роль металла играет электростатически допированный лист графена, представленный в виде массива отдельных наноразмерных дисков.

Идеальный графеновый поглотитель (иллюстрация A. Manjavacas & F. J. García de Abajo / IQFR-CSIC).

При моделировании авторы имели дело с двумя вариантами использования наноразмерных дисков. Первый предусматривал размещение графена на границе раздела двух сред с относительными диэлектрическими проницаемостями ε₁ и ε₂. Если при этом соблюдаются условия полного внутреннего отражения (иными словами, пропускание света подавляется), то стопроцентное поглощение, как показывают расчёты, вполне достижимо. Графики на рисунке ниже дают понять, что искомый эффект проявляется в тех случаях, когда угол падения излучения составляет 20–40 градусов.

Эти результаты относятся, естественно, не к произвольным фотонам, а к частицам из очень узкого (и попадающего в ближнюю или среднюю инфракрасную область спектра) диапазона энергий, определяемого частотой плазмонного резонанса. Длина волны, на которой реализуется полное поглощение, зависит от «силы» допирования графена и геометрических параметров массива дисков.

Во втором варианте размещения наноразмерные графеновые диски укладываются на металлическую подложку с диэлектрическим покрытием. Металл здесь может действовать в качестве нижнего затвора, предназначенного для допирования, а полное поглощение света становится всенаправленным — наблюдается при любых углах падения.