Controlar la corriente electrónica es esencial para la electrónica moderna, a medida que los datos y las señales se transfieren mediante corrientes de electrones controladas a alta velocidad. Las demandas de velocidades de transmisión también aumentan a medida que se desarrolla la tecnología. Los físicos de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) han logrado conectar una corriente con la dirección deseada en el grafeno utilizando un solo pulso de láser dentro de un femtosegundo; un femtosegundo corresponde a la millonésima parte de una milmillonésima de segundo. Esto es más de mil veces más rápido que los transistores más eficientes de la actualidad.

Los científicos ya han demostrado que es posible dirigir electrones con ondas de luz en gases, materiales aislantes y semiconductores. Por lo tanto, en principio, es posible controlar la corriente. Sin embargo, este concepto aún no se ha aplicado a los metales, ya que la luz normalmente no puede penetrar el material para controlar los electrones. Para evitar este efecto, Los físicos de los grupos de trabajo del Prof. Dr. Peter Hommelhoff y el Prof. Dr. Heiko Weber utilizaron grafeno, un semimetal que consta de una sola capa de átomos de carbono. Aunque el grafeno es un excelente conductor, es lo suficientemente delgado como para permitir que algo de luz penetre en el material y mueva los electrones.

Por sus experimentos, los científicos dispararon pulsos de láser extremadamente cortos con formas de onda especialmente diseñadas sobre el grafeno. Cuando estas ondas de luz golpean el grafeno, los electrones del interior fueron arrojados en una dirección, como un latigazo. "Bajo intensos campos ópticos, se generó una corriente en una fracción de un ciclo óptico:medio femtosegundo. Fue sorprendente que a pesar de estas enormes fuerzas, la mecánica cuántica todavía juega un papel clave, "explica el Dr. Takuya Higuchi de la Cátedra de Física Láser, el primer autor de la publicación.

Los investigadores descubrieron que el proceso de generación actual en el grafeno sigue una mecánica cuántica complicada. Los electrones viajan desde su estado inicial al estado excitado por dos caminos en lugar de uno, similar a un camino bifurcado que conduce al mismo destino. Como una ola los electrones pueden dividirse en la bifurcación y fluir en ambos caminos simultáneamente. Dependiendo de la fase relativa entre las ondas de electrones divididos, cuando se reencuentren, la corriente puede ser muy grande, o no está presente en absoluto. "Esto es como una ola de agua. Imagínese una ola que se rompe contra la pared de un edificio y fluye hacia la izquierda y la derecha del edificio al mismo tiempo. Al final del edificio, ambas partes se reencuentran. Si las ondas parciales se encuentran en su pico, se produce una ola muy grande y fluye corriente. Si una ola está en su apogeo, el otro en su punto más bajo, los dos se anulan, y no hay corriente, ", dice el Prof. Dr. Peter Hommelhoff de la Cátedra de Física Láser." Podemos usar las ondas de luz para regular cómo se mueven los electrones y cuánta electricidad se genera ".

Los resultados son otro paso importante en la unión de la electrónica y la óptica. En el futuro, el método podría abrir una puerta para realizar una electrónica ultrarrápida que funcione a frecuencias ópticas.