Llum atrapada en la superfície del grafè

2012/06/21 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Elektronika
• Fisika
• Teknologia

Llum en lloc de corrent elèctric. Aquesta és una de les opcions que s'han proposat per a millorar la microelectrònica actual. La llum és més ràpida que els electrons, però al no tenir càrrega elèctrica, és difícil controlar-la elèctricament. Un grup de físics de DIPC, CFM, Grafenea i CICNanoGUNE, al costat de físics d'ICFO de Barcelona i IQFR de Madrid, han afrontat aquest repte a Guipúscoa. Els resultats han estat publicats avui per la revista Nature. Els físics han utilitzat material de grafè per a atrapar la llum infraroja en una estructura anomenada plasmoi i poder controlar-la de manera lliure.

“És una mescla d'electrons i llum”, explica Ralph Hillenbrand, investigador principal d'aquest treball. La llum té límits de grandària. Les ones d'un determinat tipus de llum tenen una longitud determinada i no és possible controlar-les mitjançant procediments òptics amb una precisió superior a la meitat d'aquesta longitud d'ona.

Però per a això, el raig de llum que es vol controlar ha de convertir-se en alguna cosa més, en un plasmón. Els físics condueixen el raig cap a una superfície i creen un acoblament amb els seus electrons. Diuen que la interacció és col·lectiva. I aquesta interacció es comporta com una ona. La llum està atrapada en aquesta ona d'electrons. És un projecte. A més, l'aplicació d'una diferència de potencial a la superfície permet introduir més o menys electrons al plasmón i manipula la seva longitud d'ona, amplitud i posició. “La longitud d'ona pot reduir-se elèctricament. Això és molt interessant. Podem fer la longitud d'ona 40 vegades més petita”, diu Hillenbrand. S'han partit de la llum infraroja, que té una longitud d'ona de la grandària de la micra, i han creat la plasmoia d'uns nanòmetres.

No obstant això, qualsevol superfície no és vàlida. Els físics de Guipúscoa han utilitzat el grafè, un material que últimament està de moda en molts àmbits de la física. Està format per capes d'àtoms de carboni d'un sol àtom de gruix i els seus electrons estan disposats en forma de núvol de gas en dues dimensions. “Per aquesta bidimensionalitat, per exemple, els electrons no actuen com en la superfície d'un metall. Et permet provocar qualsevol entremaliadura”.

Mitjançant aquesta tècnica poden capturar, reduir i, si es desitja, eliminar l'ona lluminosa. D'aquesta forma es pot construir un interruptor que, canviant la diferència de potencial, pot simular el comportament d'un transistor. Posteriorment es pot emetre llum del plasmón, per exemple, perquè la llum avanci en un circuit òptic. Per tant, actualment els components de grafè són la millor opció d'integració en aquests circuits.

La idea no és nova, fa temps que alguns físics van proposar que es poden crear plasmones en la superfície del grafè. “Fins ara ningú ha vist els plasmones. Han estat mesuraments indirectes, però nosaltres i un grup dels Estats Units, alhora, hem aconseguit veure en directe els plasmones”, explica Hillenbrand. Per a això han preparat un microscopi denominat SNOM. “És únic en el món i l'hem desenvolupat en el nostre grup”. Ha estat obra de físics de CICnanoGUNE, ja que amb gairebé qualsevol altre tipus de microscopi no es poden veure els plasmones.

Hillenbrand ha volgut destacar que ha estat un treball teòric. No obstant això, obre les portes per a les aplicacions: “Ara que sabem que aquestes ones existeixen, la gent pot creure això i començar a fer els dispositius que utilitzen amb aquestes ones”.