I fisici dell'Università di Duisburg-Essen e i loro partner hanno scoperto che minuscoli fogli di grafene possono diventare elettromagneti sotto la radiazione infrarossa. Lo studio è pubblicato sulla rivista Nature Communications .
Il campione stesso è invisibile all'occhio umano:su una superficie di 2 x 2 millimetri si trovano minuscoli dischi, ciascuno con un diametro di 1,2 micrometri, appena un centesimo della larghezza di un capello umano medio. Sono costituiti da due strati di grafene, due fogli di atomi di carbonio che si trovano uno sopra l'altro come frittelle. I loro elettroni si muovono liberamente nel materiale e possono essere influenzati dai campi elettromagnetici.
Il gruppo di lavoro del Prof. Dr. Martin Mittendorff della Fisica sperimentale dell'Università di Duisburg-Essen (UDE) studia da anni le onde nei sistemi elettronici, i cosiddetti plasmoni, all'interno del Centro di ricerca collaborativa 1242. In questo caso, il team ha utilizzato una radiazione terahertz (THz) polarizzata circolarmente nella gamma degli infrarossi per eccitare gli elettroni. "Puoi pensare ai fogli di grafene come a secchi pieni d'acqua:gli elettroni", spiega Mittendorff. "Se si agita l'interno del secchio con un bastoncino, cominciano a formarsi delle correnti circolari."
In analogia, i portatori di carica eccitati dalla radiazione THz a forma di cavatappi si muovono con un movimento circolare nei dischi e quindi agiscono come minuscoli elettromagneti. Nell'ambito dell'esperimento sono stati generati campi magnetici nell'ordine di 0,5 Tesla; ciò equivale a circa 10.000 volte il campo magnetico terrestre. La frequenza del plasmone può essere regolata tramite il diametro del disco di grafene. In termini di effetto, i minuscoli dischi sono paragonabili a potenti magneti permanenti, ma possono essere accesi o spenti in picosecondi, in altre parole, in un trilionesimo di secondo.
Sebbene gli esperimenti costituiscano ricerca di base, esistono potenziali applicazioni realistiche:utilizzando dischi di grafene, i fisici hanno sviluppato campi magnetici commutati otticamente che possono essere utilizzati per influenzare altri materiali nelle vicinanze. Nei punti quantici che illuminano gli schermi, ad esempio, il colore della luce può essere regolato. Per quanto riguarda i materiali magnetocalorici, cambiano la loro temperatura a seconda del campo magnetico applicato.
Questa pubblicazione è il risultato di una collaborazione tra il gruppo di lavoro Mittendorff e partner nazionali e internazionali:i dischi di grafene sono stati prodotti presso l'Università del Maryland (Stati Uniti) e le misurazioni sono state effettuate presso l'Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf.
Ulteriori informazioni: Jeong Woo Han et al, Forti campi magnetici transitori indotti da plasmoni guidati da THz in dischi di grafene, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43412-x
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università di Duisburg-Essen
