- I ricercatori della divisione di scienza e tecnologia dell'elettronica del Naval Research Laboratory (NRL) degli Stati Uniti in collaborazione con i ricercatori dell'Università di Buffalo-The State University di New York (SUNY) dimostrano la possibilità di nuovi dispositivi ottici che utilizzano il grafene per le comunicazioni, immagini ed elaborazione del segnale.

La ricerca della NRL nello sviluppo di futuri dispositivi optoelettronici dimostra la modulazione della luce infrarossa con il grafene con l'impatto per i modulatori di fase e ampiezza ad alta velocità dalle lunghezze d'onda del medio infrarosso a terahertz (THz). I risultati di questo lavoro aprono la possibilità a nuovi dispositivi ottici che utilizzano il grafene per le comunicazioni, immagini ed elaborazione del segnale.

"La realizzazione di un polarizzatore sintonizzabile al grafene ha il potenziale per migliorare notevolmente gli attuali dispositivi di modulazione della polarizzazione a infrarossi che sono cruciali per il rilevamento e l'identificazione molecolare, svolgendo anche un ruolo chiave nelle comunicazioni a infrarossi nello spazio libero, " ha detto il dottor Joseph Tischler, fisico ricercatore, NRL Solid State Devices Branch.

Sebbene il grafene abbia suscitato un notevole interesse sin dalla sua scoperta grazie alle sue notevoli proprietà che hanno portato al Premio Nobel per la Fisica nel 2010, una delle sue proprietà è stata supervisionata. Gli elettroni nel grafene, in presenza di un campo magnetico, possono cambiare fortemente l'intensità della luce (modulazione di ampiezza) o ruotare la polarizzazione della luce (modulazione di fase).

Gli elettroni nel grafene ruotano in orbite circolari quantizzate sotto un campo magnetico nei cosiddetti livelli di Landau. La luce ecciterà questi elettroni da un'orbita all'altra e gli elettroni, comportandosi come se si muovessero alla velocità della luce, riemetterà questa luce con una diversa ampiezza e/o polarizzazione.

"Anche se abbiamo controllato questo effetto con un campo magnetico esterno, lo stesso può essere fatto modificando la quantità di elettroni con un cancello e mantenendo costante il campo magnetico. Ciò consentirebbe una modulazione veloce, possibilmente raggiungendo velocità terahertz, " ha aggiunto il dottor Chase Ellis, post-dottorato del Consiglio Nazionale delle Ricerche, NRL Ramo di dispositivi a stato solido.

A parte l'impatto tecnologico di questo lavoro, il gruppo ha sviluppato un sistema non invasivo, strumento di "impronta digitale" ultrasensibile. Questo strumento consente l'uso di nuove tecniche di analisi e identificazione e caratterizzazione di diversi multistrati di grafene misurando la polarizzazione della luce riflessa dal grafene in un campo magnetico, anche se si coprono a vicenda.

Questo lavoro ha testato con successo tre diverse teorie che prevedono ricche proprietà per il grafene singolo e multistrato e ha determinato importanti parametri che caratterizzano il grafene multistrato, alcuni dei quali non erano mai stati misurati prima.