Grafeno una forma exótica de carbono que consta de láminas de un solo átomo de espesor, exhibe una nueva reacción a la luz, Los investigadores del MIT han descubierto:provocado por la energía de la luz, el material puede producir corriente eléctrica de formas inusuales. El hallazgo podría conducir a mejoras en fotodetectores y sistemas de visión nocturna, y posiblemente a un nuevo enfoque para generar electricidad a partir de la luz solar.

Este efecto generador de corriente se había observado antes, pero los investigadores habían asumido incorrectamente que se debía a un efecto fotovoltaico, dice Pablo Jarillo-Herrero, profesor asistente de física en el MIT y autor principal de un nuevo artículo publicado en la revista Ciencias . El autor principal del artículo es el postdoctorado Nathaniel Gabor; los coautores incluyen cuatro estudiantes del MIT, Leonid Levitov, profesor de física del MIT, y dos investigadores del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Tsukuba, Japón.

En lugar de, los investigadores del MIT encontraron que la luz que brilla en una hoja de grafeno, tratado de modo que tuviera dos regiones con diferentes propiedades eléctricas, crea una diferencia de temperatura que, Sucesivamente, genera una corriente. El grafeno se calienta de manera inconsistente cuando es iluminado por un láser, Jarillo-Herrero y sus colegas encontraron:Los electrones del material, que llevan corriente, son calentados por la luz, pero la red de núcleos de carbono que forma la columna vertebral del grafeno permanece fría. Es esta diferencia de temperatura dentro del material lo que produce el flujo de electricidad. Este mecanismo, denominada respuesta de "portador caliente", "Es muy inusual, ”Dice Jarillo-Herrero.

Dicho calentamiento diferencial se ha observado antes, pero solo en circunstancias muy especiales:ya sea a temperaturas ultrabajas (medidas en milésimas de grado por encima del cero absoluto), o cuando los materiales se disparan con intensa energía de un láser de alta potencia. Esta respuesta en grafeno, por el contrario, ocurre en una amplia gama de temperaturas hasta la temperatura ambiente, y con luz no más intensa que la luz solar ordinaria.

La razón de esta inusual respuesta térmica, Jarillo-Herrero dice, es que el grafeno es, libra por libra, el material más resistente conocido. En la mayoría de los materiales, los electrones sobrecalentados transferirían energía a la red que los rodea. En el caso del grafeno, sin embargo, eso es extremadamente difícil de hacer, dado que la resistencia del material significa que se necesita mucha energía para hacer vibrar su red de núcleos de carbono, por lo que muy poco calor de los electrones se transfiere a esa red.

Debido a que este fenómeno es tan nuevo, Jarillo-Herrero dice que es difícil saber cuáles podrían ser sus aplicaciones finales. “Nuestro trabajo es principalmente física fundamental, "Él dice, pero agrega que "mucha gente cree que el grafeno podría usarse para una gran variedad de aplicaciones".

Pero ya hay algunas sugerencias, él dice:El grafeno “podría ser un buen fotodetector” porque produce corriente de una manera diferente a otros materiales utilizados para detectar la luz. También "puede detectar en un rango de energía muy amplio, ”Dice Jarillo-Herrero. Por ejemplo, funciona muy bien con luz infrarroja, que puede ser difícil de manejar para otros detectores. Eso podría convertirlo en un componente importante de dispositivos, desde sistemas de visión nocturna hasta detectores avanzados para nuevos telescopios astronómicos.

El nuevo trabajo sugiere que el grafeno también podría encontrar usos en la detección de moléculas biológicamente importantes. como toxinas, vectores de enfermedades o contaminantes alimentarios, muchos de los cuales emiten luz infrarroja cuando se iluminan. Y grafeno hecho de carbono puro y abundante, podría ser un material detector mucho más barato que los semiconductores utilizados actualmente que a menudo incluyen raros, elementos caros.

La investigación también sugiere que el grafeno podría ser un material muy eficaz para recolectar energía solar. Jarillo-Herrero dice, porque responde a una amplia gama de longitudes de onda; los materiales fotovoltaicos típicos están limitados a frecuencias específicas, o colores, de luz. Pero se necesitará más investigación, él dice, agregando, “Aún no está claro si podría usarse para una generación de energía eficiente. Es demasiado pronto para saberlo ".

"Esta es la infancia absoluta de los fotodetectores de grafeno, ”Dice Jarillo-Herrero. "Hay muchos factores que podrían mejorarlo o acelerarlo, ”Que ahora será objeto de más investigación.

Philip Kim, un profesor asociado de física en la Universidad de Columbia que no participó en esta investigación, dice que el trabajo representa "un progreso extremadamente importante hacia las aplicaciones optoeléctricas y de recolección de energía" basadas en el grafeno. Agrega que debido al trabajo de este equipo, “Ahora tenemos una mejor comprensión de los electrones calientes fotogenerados en el grafeno, excitado por la luz ".