Luz atrapada en la superficie del grafeno

2012/06/21 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Luz en lugar de corriente eléctrica. Esta es una de las opciones que se han propuesto para mejorar la microelectrónica actual. La luz es más rápida que los electrones, pero al no tener carga eléctrica, es difícil controlarla eléctricamente. Un grupo de físicos de DIPC, CFM, Grafenea y CICNanoGUNE, junto a físicos de ICFO de Barcelona e IQFR de Madrid, han afrontado este reto en Gipuzkoa. Los resultados han sido publicados hoy por la revista Nature. Los físicos han utilizado material de grafeno para atrapar la luz infrarroja en una estructura llamada plasmoi y poder controlarla de forma libre.

“Es una mezcla de electrones y luz”, explica Ralph Hillenbrand, investigador principal de este trabajo. La luz tiene límites de tamaño. Las ondas de un determinado tipo de luz tienen una longitud determinada y no es posible controlarlas mediante procedimientos ópticos con una precisión superior a la mitad de dicha longitud de onda.

Pero para ello, el rayo de luz que se quiere controlar debe convertirse en algo más, en un plasmón. Los físicos conducen el rayo hacia una superficie y crean un acoplamiento con sus electrones. Dicen que la interacción es colectiva. Y esta interacción se comporta como una onda. La luz está atrapada en esa onda de electrones. Es un proyecto. Además, la aplicación de una diferencia de potencial a la superficie permite introducir más o menos electrones al plasmón y manipula su longitud de onda, amplitud y posición. “La longitud de onda puede reducirse eléctricamente. Eso es muy interesante. Podemos hacer la longitud de onda 40 veces más pequeña”, dice Hillenbrand. Se han partido de la luz infrarroja, que tiene una longitud de onda del tamaño de la micra, y han creado la plasmoia de unos nanómetros.

Sin embargo, cualquier superficie no es válida. Los físicos de Gipuzkoa han utilizado el grafeno, un material que últimamente está de moda en muchos ámbitos de la física. Está formado por capas de átomos de carbono de un solo átomo de espesor y sus electrones están dispuestos en forma de nube de gas en dos dimensiones. “Por esta bidimensionalidad, por ejemplo, los electrones no actúan como en la superficie de un metal. Te permite provocar cualquier travesura”.

Mediante esta técnica pueden capturar, reducir y, si se desea, eliminar la onda luminosa. De esta forma se puede construir un interruptor que, cambiando la diferencia de potencial, puede simular el comportamiento de un transistor. Posteriormente se puede emitir luz del plasmón, por ejemplo, para que la luz avance en un circuito óptico. Por lo tanto, actualmente los componentes de grafeno son la mejor opción de integración en estos circuitos.

La idea no es nueva, hace tiempo que algunos físicos propusieron que se pueden crear plasmones en la superficie del grafeno. “Hasta ahora nadie ha visto los plasmones. Han sido mediciones indirectas, pero nosotros y un grupo de Estados Unidos, a la vez, hemos conseguido ver en directo los plasmones”, explica Hillenbrand. Para ello han preparado un microscopio denominado SNOM. “Es único en el mundo y lo hemos desarrollado en nuestro grupo”. Ha sido obra de físicos de CICnanoGUNE, ya que con casi cualquier otro tipo de microscopio no se pueden ver los plasmones.

Hillenbrand ha querido destacar que ha sido un trabajo teórico. Sin embargo, abre las puertas para las aplicaciones: “Ahora que sabemos que esas ondas existen, la gente puede creer eso y empezar a hacer los dispositivos que utilizan con esas ondas”.