nanoGUNE desarrolla un sistema de difusión de luz comprimida en la superficie del grafeno

2014/05/26 Carton Virto, Eider - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Los circuitos y dispositivos ópticos podrían procesar y computar la información mucho más rápido que los electrónicos. Pero uno de los límites está en la propia luz. Según el investigador Ikerbasque del centro de investigación nanoGUNE de Donostia, Rainer Hillenbrand, “necesita demasiado espacio”. De hecho, para que la luz se expanda necesita al menos la mitad de su espacio de longitud de onda, mucho mayor que los componentes electrónicos básicos de la última generación de nuestros ordenadores. Por eso surge el reto de comprimir la luz y controlar su expansión a nanoescala mediante un determinado material.

En nanoGUNE han respondido a este reto desarrollando un sistema basado en antenas que permitirá arrancar y controlar la luz “comprimida” que se propaga a través del grafeno.

Esta luz “comprimida” es un plasmón superficial. Se generan a partir de la interacción de los electrones de conducción con la luz de una determinada longitud de onda, que se propagan a través de la superficie del material, con una longitud de onda muy pequeña. En el caso del grafeno, la longitud de onda de la luz atrapada en una capa de grafeno puede reducirse notablemente mediante el uso de plasmones de grafeno en superficie: 10-100 veces respecto a la luz que se expande en el espacio libre. Esto permite que la luz que se propaga a través del grafeno ocupe mucho menos espacio y que, con la idea de controlarlo, se puedan diseñar nanodispositivos ópticos.

Investigadores de NanoGUNE, ICFO de Barcelona y Graphenea, liderados por Rainer Hillenbrand, han demostrado que el concepto de antena utilizado para ondas de radio puede ser una buena solución para la creación y control de la luz comprimida. En un artículo publicado por la revista Science, los investigadores han demostrado que las barras de oro de tamaño nanométrico (que actúan como antenas de la luz) incrustadas en el grafeno pueden absorber la luz infrarroja, convirtiéndola en un plasmón de grafeno, como una antena de radio, en un cable metálico, transforma las ondas de radio en ondas electromagnéticas. "Se ha presentado una plataforma tecnológica versátil basada en antenas ópticas resonadoras para iniciar y controlar la expansión de los plasmones de grafeno. Este descubrimiento es un paso importante en los circuitos de plasmones de grafeno", explica Hillenbrand.

El propio equipo de investigación de nanoGUNE descubrió en 2012 la existencia de plasmones de grafeno. Los investigadores consideraban más apropiado que los plasmones metálicos para el desarrollo de una tecnología basada en plasmones, debido al comportamiento de los electrones de conducción en el grafeno, debido a la mayor capacidad de compresión de la luz. Pero a 2012 no fueron capaces de crear plasmones de grafeno.

Ahora, los investigadores de nanoGUNE han dado un paso más en la creación de plasmones de grafeno y en la puesta en marcha y control de su difusión de forma sencilla. Las principales ventajas de la plataforma presentada serían que sólo una excitación óptica es suficiente para generar plasmones de grafeno, con el dispositivo compacto, y que la fase de plasmones y el frente de onda pueden controlarse directamente, adaptando la geometría de las antenas. En NanoGUNE, Pablo Alonso-González señaló que “esto es básico para desarrollar aplicaciones basadas en el enfoque y la dirección de la luz”.

El investigador del área de grafeno de la Universidad de Manchester, Alexander Grigorenko, ha destacado la plataforma presentada por nanoGUNE en la web Physicsworld, con las siguientes palabras: “este trabajo es más que un logro científico significativo; (...) diría que en el mundo sólo dos laboratorios pueden hacer algo parecido a lo que han hecho”.