Il controllo attivo in situ della luce su scala nanometrica rimane una sfida nella fisica moderna e in particolare nella nanofotonica. Un approccio promettente è sfruttare la maturità tecnologica dei sistemi nanoelettromeccanici (NEMS) e combinare la tecnologia con l'ottica su chip, ma l'integrazione di dispositivi così piccoli con campi ottici rimane difficile.

In un recente lavoro pubblicato su Comunicazioni sulla natura , I ricercatori ICFO Dr. Antoine Reserbat-Plantey, Kevin G. Schadler, e il dottor Louis Gaudreau, guidato dai professori ICREA dell'ICFO Frank H. L. Koppens e Adrian Bachtold e dal professor ICFO Darrick Chang, hanno presentato un nuovo tipo di sistema ibrido costituito da un NEMS di grafene su chip sospeso a poche decine di nanometri sopra i centri di vacanza dell'azoto (NVC), che sono stabili, emettitori di fotoni singoli incorporati in nanodiamanti. Il loro lavoro ha confermato che il grafene è una piattaforma ideale sia per la nanofotonica che per la nanomeccanica.

Per il loro studio, i ricercatori hanno fabbricato per la prima volta un dispositivo ibrido così originale. Grazie alle sue proprietà elettromeccaniche, I NEMS di grafene possono essere azionati e deviati elettrostaticamente nell'arco di poche decine di nanometri con modeste tensioni applicate a un elettrodo di gate. Il movimento del grafene può quindi essere utilizzato per modulare l'emissione di luce da parte del CNV, mentre il campo emesso può essere utilizzato come sonda universale della posizione del grafene. L'accoppiamento optomeccanico tra lo spostamento del grafene e l'emissione di NVC si basa su interazioni dipolo-dipolo in campo vicino.

I ricercatori hanno potuto vedere che la forza di accoppiamento aumenta notevolmente per distanze più brevi ed è migliorata a causa del carattere bidimensionale (2D) del grafene e della dispersione lineare. Questi risultati promettono il controllo selettivo degli array di emettitori su chip, spettroscopia ottica di singoli nano-oggetti, elaborazione optomeccanica integrata delle informazioni, e apre nuove strade verso l'optomeccanica quantistica.