Los semiconductores han revolucionado la informática debido a su control eficiente sobre el flujo de corrientes eléctricas en un solo chip, lo que ha dado lugar a dispositivos como el transistor. Trabajando hacia una funcionalidad sintonizable similar para la luz, investigadores del Instituto A * STAR de Computación de Alto Rendimiento (IHPC), Singapur, han demostrado cómo se podría utilizar el grafeno para controlar la luz a escala nanométrica, avanzando el concepto de circuitos fotónicos en chips.

Grafeno que está hecho de una sola capa de átomos de carbono, tiene excelentes propiedades electrónicas; algunos de estos también son útiles en aplicaciones fotónicas. Generalmente, solo los metales pueden confinar la luz al orden de unos pocos nanómetros, que es mucho más pequeño que la longitud de onda de la luz. En la superficie de los metales, oscilaciones colectivas de electrones, los llamados 'plasmones de superficie', actúan como antenas poderosas que confinan la luz a espacios muy pequeños. Grafeno con su alta conductividad eléctrica, muestra un comportamiento similar al de los metales, por lo que también se puede utilizar para aplicaciones basadas en plasmones, explica Choon How Gan de IHPC, quien dirigió la investigación.

Gan y sus colaboradores estudiaron teórica y computacionalmente cómo los plasmones de superficie viajan a lo largo de láminas de grafeno. Aunque el grafeno es un conductor más pobre que un metal, por lo que las pérdidas por propagación del plasmón son mayores, tiene varias ventajas clave, dice el miembro del equipo Hong Son Chu. "La ventaja clave que hace que el grafeno sea una excelente plataforma para dispositivos plasmónicos es su gran capacidad de sintonización que no se puede ver en los metales nobles habituales, ", explica." Esta sintonización se puede lograr de diferentes maneras, utilizando campos eléctricos o magnéticos, disparadores ópticos y temperatura ".

Los cálculos del equipo indicaron que los plasmones de superficie que se propagan a lo largo de una hoja de grafeno estarían mucho más confinados a un espacio pequeño de lo que viajarían a lo largo de una superficie dorada (ver imagen). Sin embargo, El equipo también demostró que los plasmones de superficie viajarían mucho mejor entre dos láminas de grafeno que entraran en estrecho contacto. Es más, mediante el ajuste de parámetros de diseño como la separación entre las hojas, así como su conductividad eléctrica, es posible un control mucho mejor sobre las propiedades del plasmón superficial.

En el futuro, Gan y sus compañeros de trabajo planean investigar estas propiedades para aplicaciones. "Exploraremos el potencial de los dispositivos plasmónicos de grafeno también para el régimen de terahercios e infrarrojo medio, ", explica." En este rango espectral, Las estructuras plasmónicas de grafeno podrían ser prometedoras para aplicaciones como la detección molecular, como fotodetectores, o para dispositivos ópticos que pueden cambiar y modular la luz ".