Al centro dei laser, display e altri dispositivi emettitori di luce si trova l'emissione di fotoni. La modulazione controllata elettricamente di questa emissione è di grande importanza in applicazioni come la comunicazione ottica, sensori e display. Inoltre, il controllo elettrico dei percorsi di emissione della luce apre la possibilità di nuovi tipi di dispositivi nano-fotonici, basato sulla plasmonica attiva.

Scienziati dell'ICFO, MIT, CNRS, CNISM e Graphenea si sono ora dimostrati attivi, controllo elettrico in situ del flusso di energia da ioni erbio a fotoni e plasmoni. L'esperimento è stato implementato posizionando gli emettitori di erbio a poche decine di nanometri di distanza dal foglio di grafene, la cui densità di portatori (energia di Fermi) è controllata elettricamente. Parzialmente finanziato dalla CE Graphene Flagship, questo studio intitolato "Controllo elettrico delle vie di rilassamento degli emettitori ottici abilitati dal grafene", è stato pubblicato in Fisica della natura .

Gli ioni erbio sono essenzialmente utilizzati per amplificatori ottici ed emettono luce a una lunghezza d'onda di 1,5 micrometri, la cosiddetta terza finestra di telecomunicazione. Questa è una finestra importante per le telecomunicazioni ottiche perché c'è pochissima perdita di energia in questa gamma, e quindi una trasmissione di informazioni altamente efficiente.

Lo studio ha dimostrato che il flusso di energia dall'erbio ai fotoni o ai plasmoni può essere controllato semplicemente applicando una piccola tensione elettrica. I plasmoni nel grafene sono piuttosto unici, poiché sono molto fortemente confinati, con una lunghezza d'onda del plasmone che è due ordini di grandezza più piccola della lunghezza d'onda dei fotoni emessi. Man mano che l'energia di Fermi del foglio di grafene veniva gradualmente aumentata, gli emettitori di erbio sono passati da elettroni eccitanti nel foglio di grafene, all'emissione di fotoni o plasmoni. Gli esperimenti hanno rivelato i tanto desiderati plasmoni di grafene alle frequenze del vicino infrarosso, rilevanti per queste applicazioni di telecomunicazione. Inoltre, la forte concentrazione di energia ottica offre nuove possibilità per l'archiviazione e la manipolazione dei dati attraverso reti plasmoniche attive.

Frank Koppens ha commentato:"Questo lavoro mostra che il controllo elettrico della luce su scala nanometrica è possibile ed efficiente, grazie alle proprietà optoelettroniche del grafene."