中红外光谱技术是生物样品、有机分子等分辨的重要技术，其通过获得分子的指纹频率实现物质分辨。而掺杂石墨烯在中红外波段存在非常好的等离激元响应，石墨烯纳米结构可以实现对中红外光的强局域，进而能极大地提高对生物分子传感的灵敏度。其中一个重要的条件是通过电压动态调控石墨烯纳米结构的响应，然而现有的体系采用的都是一维石墨烯纳米带，而基于二维石墨烯结构的生物传感具有更加灵活的应用，但在实验上难以实现。
近日，我院蔡卫副教授与许京军教授研究团队在实验上实现了对二维石墨烯圆盘结构中红外光学近场的背栅电调节。他们利用离子束直写的方法得到二维石墨烯结构，之后的红外近场光学显微镜测试证明了石墨烯圆盘的近场可以通过改变在石墨烯和背栅之间的电压进行调节，二维孤立石墨烯结构的电调性受益于其周围存在的仍有一定离子束诱导的导电性的非晶碳。
图1.（a）离子束诱导石墨烯纳米结构的近场探测配置，插图显示石墨烯圆盘在不同电压下近场分布；（b）通过背栅调控得到的沿着纳米圆盘中线的近场分布随着栅极电压的变化
此外，他们还利用离子束直写的方法加工了石墨烯偏心圆环结构，在其中观察到了对中红外光场的深亚波长尺寸的近场聚集现象，这种现象可以通过改变结构形状进行调节。由于具有流程简单、加工分辨率高的优势，离子束直写的方法有望用于实现石墨烯纳米光子学器件中，而实现基于二维石墨烯纳米结构的红外近场的强局域以及背栅电调控对于利用等离激元效应实现强光-物质相互作用以及高灵敏传感等领域具有重要意义。
这一研究成果发表于《Advanced Materials》上，该杂志2016年影响因子19.791，
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201701083/abstract