Con un raggio di luce infrarossa, gli scienziati hanno inviato increspature di elettroni lungo la superficie del grafene e hanno dimostrato di poter controllare la lunghezza e l'altezza di queste oscillazioni, chiamati plasmoni, utilizzando un semplice circuito elettrico.

Questa è la prima volta che qualcuno ha osservato plasmoni sul grafene, fogli di carbonio dello spessore di un solo atomo con una miriade di intriganti proprietà fisiche, e un passo importante verso l'utilizzo di plasmoni per elaborare e trasmettere informazioni in spazi troppo stretti per utilizzare la luce.

"Tutti sospettavano che i plasmoni dovessero essere lì, ma vedere per credere. Li abbiamo ripresi e abbiamo mostrato che si propagano. E abbiamo dimostrato che possiamo controllarli, " disse Dimitri Basov, professore di fisica all'Università della California, San Diego, e autore senior del rapporto pubblicato online il 21 giugno prima della pubblicazione cartacea in Natura .

Per realizzare i dispositivi, hanno sbucciato il grafene dalla grafite, roba da matita, e lo strofinò su trucioli di biossido di silicio.

Hanno lanciato plasmoni puntando un laser a infrarossi sulla superficie del grafene e misurato le onde usando il braccio ultrasensibile di un microscopio a forza atomica.

Le onde in uscita sono impossibili da misurare. Ma quando raggiungono il bordo del grafene, riflettono come onde d'acqua dalla scia di una barca che rimbalza su un molo.

Le oscillazioni di ritorno dal bordo si aggiungono a, o cancella, ondate successive, creando un caratteristico schema di interferenza che ne rivela la lunghezza d'onda e l'ampiezza.

Gli scienziati hanno dimostrato che il modello potrebbe essere alterato controllando un circuito elettrico formato con elettrodi attaccati alla superficie del grafene e uno strato di silicio puro sotto i chip.

"Ecco qui, " ha detto Basov. "Basta prendere una batteria da una torcia elettrica e aumentare la tensione e hai un dispositivo plasmonico sintonizzabile."

Proprio come la luce può trasportare segnali complessi attraverso le fibre ottiche, i plasmoni potrebbero essere usati per trasmettere informazioni. Ma i plasmoni potrebbero trasportare informazioni in spazi molto più ristretti.

"È impossibile confinare la luce su scala nanometrica perché le lunghezze d'onda della luce sono molte centinaia di nanometri, " ha detto Zhe Fei, uno studente laureato nel laboratorio di Basov e il primo autore dell'articolo. "Abbiamo usato la luce per eccitare plasmoni di superficie con una scala di lunghezza di 100 nanometri o meno che possono viaggiare a velocità molto elevate da un lato all'altro del chip".

La performance che hanno osservato è promettente. Queste sono alcune delle lunghezze d'onda plasmoniche più corte misurate in qualsiasi materiale, tuttavia le onde si propagano tanto quanto nei metalli come l'oro. E a differenza dei plasmoni sui metalli, i plasmoni di grafene possono essere sintonizzati.

Un team di scienziati che lavorano in modo indipendente in Spagna guidati da Frank Koppens, Rainer Hillenbrand e Javier Garcia de Abajo hanno fatto una scoperta simile utilizzando un film di grafene depositato da un gas anziché staccato dalla grafite. Il loro rapporto, pubblicato nello stesso numero di Natura , rafforza questa evidenza per i plasmoni di grafene.

"L'optoelettronica del grafene e l'elaborazione delle informazioni sono molto promettenti. Ci piace vedere il nostro lavoro contribuire alla tecnologia futura, " ha detto Basov. "C'è anche del tutto nuovo, scienza fondamentale che ne deriva. Monitorando i plasmoni, impariamo cosa fanno gli elettroni in questa nuova forma di carbonio, come le interazioni fondamentali governano le loro proprietà. Questo è un percorso di indagine".