nanoGUNE desenvolupa un sistema de difusió de llum comprimida en la superfície del grafè

2014/05/26 Carton Virto, Eider - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Nanoteknologia
• Fisika

Els circuits i dispositius òptics podrien processar i computar la informació molt més ràpid que els electrònics. Però un dels límits està en la pròpia llum. Segons l'investigador Ikerbasque del centre de recerca nanoGUNE de Donostia, Rainer Hillenbrand, “necessita massa espai”. De fet, perquè la llum s'expandeixi necessita almenys la meitat del seu espai de longitud d'ona, molt major que els components electrònics bàsics de l'última generació dels nostres ordinadors. Per això sorgeix el repte de comprimir la llum i controlar la seva expansió a nanoescala mitjançant un determinat material.

En nanoGUNE han respost a aquest repte desenvolupant un sistema basat en antenes que permetrà arrencar i controlar la llum “comprimida” que es propaga a través del grafè.

Aquesta llum “comprimida” és un plasmón superficial. Es generen a partir de la interacció dels electrons de conducció amb la llum d'una determinada longitud d'ona, que es propaguen a través de la superfície del material, amb una longitud d'ona molt petita. En el cas del grafè, la longitud d'ona de la llum atrapada en una capa de grafè pot reduir-se notablement mitjançant l'ús de plasmones de grafè en superfície: 10-100 vegades respecte a la llum que s'expandeix en l'espai lliure. Això permet que la llum que es propaga a través del grafè ocupi molt menys espai i que, amb la idea de controlar-ho, es puguin dissenyar nanodispositivos òptics.

Investigadors de NanoGUNE, ICFO de Barcelona i Graphenea, liderats per Rainer Hillenbrand, han demostrat que el concepte d'antena utilitzat per a ones de ràdio pot ser una bona solució per a la creació i control de la llum comprimida. En un article publicat per la revista Science, els investigadors han demostrat que les barres d'or de grandària nanométrico (que actuen com a antenes de la llum) incrustades en el grafè poden absorbir la llum infraroja, convertint-la en un plasmón de grafè, com una antena de ràdio, en un cable metàl·lic, transforma les ones de ràdio en ones electromagnètiques. "S'ha presentat una plataforma tecnològica versàtil basada en antenes òptiques ressonadores per a iniciar i controlar l'expansió dels plasmones de grafè. Aquest descobriment és un pas important en els circuits de plasmones de grafè", explica Hillenbrand.

El propi equip de recerca de nanoGUNE va descobrir en 2012 l'existència de plasmones de grafè. Els investigadors consideraven més apropiat que els plasmones metàl·lics per al desenvolupament d'una tecnologia basada en plasmones, a causa del comportament dels electrons de conducció en el grafè, a causa de la major capacitat de compressió de la llum. Però a 2012 no van ser capaços de crear plasmones de grafè.

Ara, els investigadors de nanoGUNE han fet un pas més en la creació de plasmones de grafè i en la posada en marxa i control de la seva difusió de manera senzilla. Els principals avantatges de la plataforma presentada serien que només una excitació òptica és suficient per a generar plasmones de grafè, amb el dispositiu compacte, i que la fase de plasmones i el front d'ona poden controlar-se directament, adaptant la geometria de les antenes. En NanoGUNE, Pablo Alonso-González va assenyalar que “això és bàsic per a desenvolupar aplicacions basades en l'enfocament i la direcció de la llum”.

L'investigador de l'àrea de grafè de la Universitat de Manchester, Alexander Grigorenko, ha destacat la plataforma presentada per nanoGUNE en la web Physicsworld, amb les següents paraules: “aquest treball és més que un assoliment científic significatiu; (...) diria que en el món només dos laboratoris poden fer alguna cosa semblança al que han fet”.