(Phys.org) —La rotazione di un interruttore della luce – un interruttore della luce su nanoscala – potrebbe un giorno aumentare notevolmente la velocità di trasmissione dei dati, dallo streaming di film all'accelerazione del calcolo più intensivo di dati. Oggi, il flusso di informazioni in un computer si basa su impulsi elettrici. Ma se un segnale elettrico potesse invece controllare un interruttore della luce, gli "uno e zero" che danno significato ai dati potrebbero correre attraverso i circuiti dei computer a dieci volte la velocità attuale. Un aumento di dieci volte della velocità significherebbe un picco simile nel volume di informazioni che possono essere elaborate.

Certo, i segnali elettrici vengono utilizzati per modulare la luce nelle fibre ottiche che trasmettono enormi quantità di dati dietro l'angolo e in tutto il mondo. Ma sfruttare la luce per aumentare la comunicazione tra i chip all'interno di un circuito di computer si è rivelato un obiettivo sfuggente. Alla scala dei circuiti dei computer, materiali come il silicio non possono assorbire la luce in modo efficiente, e i dispositivi che possono funzionare bene sono troppo ingombranti per essere integrati in un chip.

Quindi l'eccitazione è alta per quel grafene, un materiale oggetto di intenso studio solo da un decennio, potrebbe fare il trucco. I cristalli di grafene di carbonio dello spessore di un singolo atomo assorbono tutte le lunghezze d'onda della luce, e a determinate tensioni, gli impulsi elettrici possono attivare e disattivare l'assorbimento della luce del materiale, la chiave per la trasmissione dei dati. Questa caratteristica e l'"impronta" di dimensioni nanometriche del grafene lo rendono un candidato ideale per dispositivi ottici ultraminiaturizzati che potrebbero essere installati a migliaia su un chip per controllare il flusso del traffico.

"Non ci siamo ancora, "dice Feng Wang, assistente professore di fisica e Bakar Fellow, "ma la straordinaria combinazione di proprietà elettriche e ottiche del grafene, e il suo potenziale per la nanofabbricazione sono molto promettenti per l'optoelettronica".

Il laboratorio di Wang studia come i campi elettrici modulano le proprietà ottiche di un certo numero di materiali. Il Bakar Fellows Program sostiene i suoi sforzi per sviluppare modulatori di grafene per la comunicazione chip-to-chip. Perché sta manipolando i fotoni, può fare gran parte della ricerca al microscopio ottico. A questo ingrandimento relativamente basso, uno strato di grafene si presenta come un sottile foglio continuo. Ma sotto il potere di un microscopio a scansione a effetto tunnel in grado di risolvere singoli atomi, appare la configurazione atomica simile a un filo di pollo del materiale.

Wang è cresciuto a Nanchang, nel sud della Cina, ed è andato al college a Shanghai. Ha conseguito il dottorato di ricerca in fisica alla Columbia ed è stato postdoc a Berkeley prima di entrare alla facoltà di fisica. La sua attenzione sul potenziale del grafene per aumentare le prestazioni da chip a chip nei circuiti dei computer è iniziata circa sei anni fa. Prima di ciò, ha studiato i nanotubi di carbonio, un materiale di carbonio unidimensionale.

"Il nostro laboratorio si concentra principalmente sulla fisica fondamentale di come la luce interagisce con i materiali su nanoscala, e quali nuove proprietà emergono, " Dice Wang. Questo mi affascina molto.

"Ma esplorare modi per sfruttare alcuni di questi nuovi comportamenti nella microelettronica è altrettanto entusiasmante. La ricerca di base può rivelare applicazioni del mondo reale. È un'ottima combinazione".

Fuori all'orizzonte, Wang può vedere il grafene integrato nelle termocamere a infrarossi e nei sensori ottici, e possibilmente utilizzato per rilevare cambiamenti rivelatori nelle cellule malate. Il metabolismo cambia il pH, o acidità, di cellule, e le cellule tumorali a metabolizzazione rapida hanno firme metaboliche distinte. Variazioni locali del pH, a sua volta, alterare le proprietà di assorbimento ottico del grafene. Questo potrebbe essere misurato per aiutare nella diagnosi.

Allo stesso modo, il grafene potrebbe un giorno aiutare a rilevare le malattie neurologiche. I neuroni comunicano con impulsi di ioni - il loro cosiddetto "potenziale d'azione" - e il rilascio di ioni ha modificato l'assorbimento ottico del grafene. Un tale cambiamento nel grafene potrebbe potenzialmente essere utilizzato per rilevare l'attività dei neuroni.

Queste applicazioni sono ben in fondo alla linea, Wang dice, anche se non è affatto fuori questione. Per adesso, sembra completamente assorbito dalla fisica di questo nano-materiale davvero assorbente.