I ricercatori di Graphene Flagship hanno mostrato per la prima volta la generazione di terza armonica sintonizzabile con gate nel grafene. Questa ricerca, guidato da Graphene Flagship Partner University of Cambridge, in Collaborazione con Politecnico di Milano e IIT-Istituto Italiano di Tecnologia di Genova e pubblicato in Nanotecnologia della natura , potrebbe consentire switch ottici a banda larga su chip per il trasporto di dati nei sistemi ottici.

La generazione di armoniche ottiche è la creazione di nuove frequenze (colori) quando la luce ad alta intensità interagisce con un materiale non lineare. La terza generazione armonica (THG) può creare luce con tre volte l'energia della luce incidente. THG sfrutta un'interazione non lineare tra la luce ad alta intensità di un laser e un materiale. Gli effetti ottici non lineari sono sfruttati in una varietà di applicazioni, compresa la tecnologia laser, lavorazione dei materiali e telecomunicazioni. In linea di principio tutti i materiali possono generare nuove frequenze di luce da THG, tuttavia l'efficienza di questo processo è tipicamente piccola e non può essere controllata dall'esterno. Il grafene ha una forte interazione con la materia leggera e una forte risposta non lineare del terzo ordine, offrono quindi un grande potenziale per THG.

Partner di grafene di Cambridge, Milano, e Genova hanno mostrato sperimentalmente, per la prima volta, gate sintonizzabile THG in grafene. Il controllo elettrico della risposta ottica non lineare di un materiale consente applicazioni come interruttori sintonizzabili su gate e convertitori di frequenza. I ricercatori hanno dimostrato che il forte THG nel grafene può essere controllato da un campo elettrico esterno e anche aumentato in efficienza su una larghezza di banda ultra ampia.

Questo tipo di interruttore ottico THG renderà disponibili più 'colori' da utilizzare in spettroscopia, consentendo ai ricercatori di acquisire una nuova comprensione della materia. Gli interruttori ottici Graphene THG potrebbero anche sfruttare frequenze ottiche precedentemente inutilizzate per trasmettere dati lungo cavi ottici, aumentare la quantità di dati che possono essere trasmessi e quindi aumentare la velocità dei dati.

"Il nostro lavoro mostra che l'efficienza della generazione della terza armonica nel grafene può essere aumentata di oltre 10 volte sintonizzando un campo elettrico applicato. Il controllo elettrico del miglioramento della terza armonica può essere ottenuto su una larghezza di banda ultra ampia, aprendo la strada a convertitori di frequenza a banda larga sintonizzabili elettricamente per applicazioni nelle comunicazioni ottiche e nell'elaborazione del segnale, " ha detto l'autore principale del giornale Giancarlo Soavi del Cambridge Graphene Centre, Università di Cambridge, UK.

Attualmente esistono dispositivi commerciali che utilizzano ottiche non lineari per interruttori ottici in spettroscopia. Però, l'utilizzo del grafene per THG può consentire l'integrazione in dispositivi che funzionano su una larghezza di banda ultra ampia. "La nostra ricerca iniziale dimostra la fattibilità di questo approccio, quindi ora vogliamo avvicinarci alla produzione di dispositivi integrati in fibre ottiche e guide d'onda, " disse Soavi.

"Gli autori hanno trovato ancora una volta qualcosa di unico nel grafene:la sintonizzabilità del THG su un ampio intervallo di lunghezze d'onda. Poiché sempre più applicazioni sono completamente ottiche, questo lavoro apre la strada a una moltitudine di tecnologie, " ha affermato il professor Frank Koppens dell'ICREA dell'ICFO (The Institute of Photonic Sciences), Barcellona, Spagna, che è il leader del pacchetto di lavoro su fotonica e optoelettronica all'interno del Flagship Graphene.

Professor Andrea C. Ferrari, Responsabile scientifico e tecnologico dell'ammiraglia del grafene, e presidente del suo comitato direttivo, ha aggiunto "Il grafene non smette mai di sorprendere quando si tratta di ottica e fotonica. La Graphene Flagship ha investito in modo significativo per studiare e sfruttare le proprietà ottiche del grafene. Questo lavoro collaborativo potrebbe portare a dispositivi ottici che funzionano su una gamma di frequenze più ampia che mai. , consentendo così l'elaborazione o la trasmissione di un volume maggiore di informazioni".