El grafeno ha creado grandes expectativas, como un fuerte ultradelgado material bidimensional que también podría ser la base de nuevos componentes en tecnología de la información. Por tanto, existe una gran necesidad de caracterizar los dispositivos de grafeno. Esto se puede hacer mediante espectroscopia Raman. Se envía luz láser a la muestra de material, y los fotones dispersos nos informan sobre las rotaciones y vibraciones de las moléculas en el interior, y por tanto sobre la estructura cristalina. De media, solo alrededor de 1 de cada 10 millones de fotones se dispersa de esta manera. Esto no solo dificulta la detección de la información correcta, también es muy lento:puede llevar medio segundo obtener una imagen de un solo píxel. La pregunta es si Raman sigue siendo la mejor opción, o si hay mejores alternativas. Los investigadores Sachin Nair y Jun Gao mantienen la espectroscopia Raman como punto de partida, pero logra mejorar la velocidad drásticamente:no cambiando la técnica en sí, pero agregando un algoritmo.

Reducción de ruido

Este algoritmo no es desconocido en el mundo del procesamiento de señales y se denomina Análisis de componentes principales. Se utiliza para mejorar la relación señal / ruido. PCA determina las características del ruido y las de la señal 'real'. Cuanto mayor sea el conjunto de datos, cuanto más confiable sea este reconocimiento, y más clara se puede distinguir la señal real. Aparte de eso, Los instrumentos Raman modernos tienen un detector llamado dispositivo acoplado de carga multiplicador de electrones (EMCCD) que mejora la relación señal / ruido. El resultado neto de este trabajo es que procesar un píxel no lleva medio segundo, pero solo 10 milisegundos o menos. El mapeo de una sola muestra ya no lleva horas. Una característica importante de los materiales vulnerables como el óxido de grafeno es que la intensidad del láser se puede reducir en dos o tres órdenes de magnitud. Estos son pasos importantes para lograr un control rápido de las propiedades de los materiales.

De múltiples fines

Excepto por el grafeno, la técnica Raman mejorada también se puede utilizar para otros materiales bidimensionales como germanene, silicene, disulfuro de molibdeno, disulfuro de tungsteno y nitruro de boro. El uso del algoritmo no se limita a la espectroscopia Raman; técnicas como la microscopía de fuerza atómica y otras técnicas hiperespectrales también podrían beneficiarse de ella.

La investigación se ha realizado en el grupo de Física de Fluidos Complejos del Prof Frieder Mugele, parte del Instituto MESA + de UT. Los investigadores colaboraron con el grupo Medical Cell BioPhysics y el grupo Physics of Interfaces and Nanomaterials, ambos de la Universidad de Twente también.