Las láminas de carbono de un átomo de espesor, conocidas como grafeno, tienen una variedad de propiedades electrónicas que los científicos están investigando para su uso potencial en dispositivos novedosos. Las propiedades ópticas del grafeno también están llamando la atención, que puede aumentar aún más como resultado de la investigación del Instituto A * STAR de Investigación e Ingeniería de Materiales (IMRE). Bing Wang del IMRE y sus colaboradores han demostrado que las interacciones de hojas de grafeno individuales en ciertas matrices permiten un control eficiente de la luz a nanoescala.

La luz exprimida entre las hojas de grafeno individuales puede propagarse de manera más eficiente que a lo largo de una sola hoja. Wang señala que esto podría tener aplicaciones importantes en el nanoenfoque óptico y en la obtención de imágenes con superlentes de objetos a nanoescala. En instrumentos ópticos convencionales, la luz solo puede ser controlada por estructuras que tienen aproximadamente la misma escala que su longitud de onda, que para la luz óptica es mucho mayor que el grosor del grafeno. Utilizando plasmones de superficie, que son movimientos colectivos de electrones en la superficie de conductores eléctricos como el grafeno, los científicos pueden enfocar la luz al tamaño de unos pocos nanómetros.

Wang y sus colaboradores calcularon la propagación teórica de plasmones de superficie en estructuras que consisten en láminas de grafeno de un solo átomo, separados por un material aislante. Para pequeñas separaciones de alrededor de 20 nanómetros, encontraron que los plasmones de la superficie en las hojas de grafeno interactuaban de tal manera que se "acoplaban" (ver imagen). Este acoplamiento teórico fue muy fuerte, a diferencia de lo que se encuentra en otros materiales, e influyó mucho en la propagación de la luz entre las láminas de grafeno.

Los investigadores encontraron, por ejemplo, que se redujeron las pérdidas ópticas, por lo que la luz podría propagarse a distancias más largas. Además, bajo un ángulo de entrada particular para la luz, el estudio predijo que la refracción del haz entrante iría en la dirección opuesta a la que normalmente se observa. Una refracción negativa tan inusual puede producir efectos notables como superlentes, lo que permite obtener imágenes con una resolución casi ilimitada.

Como el grafeno es un semiconductor y no un metal, ofrece muchas más posibilidades que la mayoría de los otros dispositivos plasmónicos, comenta Jing Hua Teng del IMRE, quien dirigió la investigación. "Estas matrices de láminas de grafeno pueden conducir a dispositivos controlables dinámicamente, gracias al ajuste más fácil de las propiedades del grafeno a través de estímulos externos como los voltajes eléctricos ". El grafeno también permite un acoplamiento eficiente de los plasmones a otros objetos cercanos, como moléculas que se adsorben en su superficie. Por lo tanto, Teng dice que el siguiente paso es explorar más a fondo la física interesante en las estructuras de matrices de grafeno y analizar sus aplicaciones inmediatas.