石墨烯中的表面等离子体由于其非常吸引人的特性而在过去十年中得到了广泛的研究，例如通过电门控其光学特性的强可调性和相对较高的等离子体寿命。然而，这些特殊的特性仅限于从中红外 (mid-IR) 到太赫兹 (THz) 光谱区域的较低频率。此外，石墨烯的电可调性无法以超快的方式实现，这对其在变得越来越重要的高速技术设备中的应用构成了障碍。

在Light Science & Application上发表的一篇新论文中，来自 ICFO-Institut de Ciencies Fotoniques(西班牙巴塞罗那)的一个团队提出了一种全光学技术来调节石墨烯和/或基于薄金属的系统的等离子体响应一个超快方式，在从中红外到可见光(vis-NIR)频率范围内的光谱中。他们提出了一种泵浦探针设置，其中使用超快且非常强的泵浦光束来加热石墨烯的电子。基于这种二维材料的低热容——这意味着这种材料吸收的少量能量可以引起其电子温度的大幅升高——以及石墨烯的电导率与其电子温度的强烈依赖性，系统的光学特性将受到电子温度升高的调制，这可以通过探测光束进行测量。

有趣的是，这种技术不仅可以用于在石墨烯片中，而且可以在放置在它附近的薄金属层中全光激发等离子体。在同一小组之前的工作之后，他们建议通过设计一个泵浦光束，使其波前强度以周期性方式在空间上变化。因此，石墨烯中的电子温度(以及随后的电导率)也在片材表面局部变化，充当散射探测光束并将其耦合成等离子体激元的有效光栅。根据探测光束的波长和石墨烯片附近金属薄膜的存在，该技术可用于激发石墨烯等离子体(中红外)、金属等离子体(可见近红外)或混合声学等离子体(太赫兹) )。“这样，

另一方面，作者建议采用纳米级光热效应来实现光的超快调制。他们设想了一种结构，由掺杂到某个费米能级的石墨烯片顶部的薄金属光栅组成。然后，通过泵浦束提高石墨烯电子的温度，石墨烯的化学势将降低，石墨烯中的带间跃迁将在较低能量下变得显着，并将淬灭由探测光束反射测量的等离子体峰. “石墨烯电子的温度可以达到数千开尔文，导致反射峰值衰减高达 70%，”作者声称。在石墨烯声学等离子体中可以观察到类似的效果，但在这种情况下，猝灭的原因是石墨烯非弹性损失随电子温度的增加而增加。“在这两种情况下，光学响应的​​调制都是超快的，这与调制响应的替代方法不同，例如电改变石墨烯的费米能级，”作者补充道。

“我们的研究为原子级薄材料中光学响应的​​主动光热操纵开辟了一条有前途的途径，具有在超快光调制中的潜在应用，”作者总结道。