我们使用石墨烯纳米带方案研究了气体振动模式的等离子体传感。气体检测的灵敏度取决于施加在气体分子上的俘获力以及等离子体场的限制。这些又取决于设备结构。在这里，通过对实验中可能的气体捕获机制（光学力、静电力和吸附）进行系统建模，我们发现表面吸附是将游离气体分子捕获在石墨烯上的主要机制，从而实现了等离激元增强的传感气体振动模式。由于声等离子体激元的激发，可通过利用完美的吸收方案或最近描述的将底层金属放置在石墨烯附近的方法，利用极端的等离子体限制使灵敏度有望得到进一步提高。
 
Figure 1. （a）传感器设置示意图。（b）在标准温度-压力条件下，浓度为1和10 ppt气体的介电常数的实部和虚部与波数的关系。

 
Figure 2. （a）沿平行于z轴切割线的光力和光势能的z分量，其中x = 0、-12.5和-25 nm。（b）沿平行于x轴切割线的光力和光势能的x分量，位于石墨烯上方0.2、2.5和5 nm处。
 

Figure 3. （a）色带边缘1 nm附近的静电力分量和势能的空间轮廓。（b）左：相对于热能，静电吸引力较小的区域；右图：z≥z₀的最小静电势能随偏压和氧化物厚度的变化。
 

Figure 4. （a）吸附势和捕集气体浓度与z的关系。插图：吸附的表面密度与游离气体浓度的关系。（b）等离子和吸附气体的等离子消光（有和没有吸附电荷转移）。插图：在各种初始均质气体浓度下的等离激元消光。（c）包含σ_ad的等离子体消光，并且将其设置为零。（d）等离子体消光差的变化幅度与气体均相浓度的关系。
 
      相关研究成果于2019年由明尼苏达大学Kaveh Khaliji课题组，发表在PHYS. REV. APPLIED（DOI: 10.1103/PhysRevApplied.13.011002）上。原文：Plasmonic Gas Sensing with Graphene Nanoribbons。