Un equipo de investigación internacional ha investigado por primera vez las propiedades ópticas del grafeno nanoporoso tridimensional en la línea de luz infrarroja IRIS del anillo de almacenamiento de electrones BESSY II. Los experimentos muestran que las excitaciones plasmónicas (oscilaciones de la densidad de carga) en este nuevo material pueden ser controladas con precisión por el tamaño de los poros e introduciendo impurezas atómicas. Esto podría facilitar la fabricación de sensores químicos de alta sensibilidad.

El carbono es un elemento muy versátil. No solo forma diamantes, grafito, y carbón, pero también puede tomar una forma plana como una matriz hexagonal:grafeno. Este material, que consta de una sola capa atómica, posee muchas propiedades extremas. Es altamente conductivo, ópticamente transparente, y es mecánicamente flexible y capaz de soportar cargas. André Geim y Konstantin Novoselov recibieron el Premio Nobel de Física 2010 por el descubrimiento de esta forma exótica de carbono. Y recientemente un equipo japonés ha logrado apilar capas de grafeno bidimensionales en una arquitectura tridimensional con poros de tamaño nanométrico.

Plasmones sintonizables

Un equipo de investigación dirigido por un grupo de la Universidad Sapienza de Roma ha realizado por primera vez una investigación detallada de las propiedades ópticas del grafeno 3D en BESSY II. El equipo pudo determinar a partir de los datos cómo las oscilaciones de la densidad de carga, conocidos como plasmones, propagarse en grafeno tridimensional. Al hacerlo, determinaron que estos plasmones siguen las mismas leyes físicas que el grafeno 2D. Sin embargo, la frecuencia de los plasmones en el grafeno 3D se puede controlar con mucha precisión, ya sea mediante la introducción de impurezas atómicas (dopaje), por el tamaño de los nanoporos, o uniendo moléculas específicas de determinadas formas al grafeno. De este modo, el nuevo material también podría prestarse a la fabricación de sensores químicos específicos, como escriben los autores en Comunicaciones de la naturaleza . Además, el nuevo material es interesante como material de electrodo para su empleo en células solares.

Ventajas que ofrece la línea de luz IRIS

Los investigadores utilizaron la línea de luz IRIS en la fuente de sincrotrón BESSY II en Berlín a su favor para sus investigaciones. El infrarrojo de banda ancha está disponible allí, lo que facilita especialmente el análisis espectroscópico de nuevos materiales utilizando radiación de terahercios. "Un modo de funcionamiento especial del anillo de almacenamiento BESSY II llamado low-alpha nos permitió medir la conductividad óptica del grafeno tridimensional con una relación señal / ruido particularmente alta. Esto es casi imposible con métodos estándar, especialmente en la región de los terahercios. Sin embargo, es exactamente esta región la que es importante para observar propiedades físicas críticas ", dice el Dr. Ulrich Schade, jefe del grupo en la línea de luz infrarroja.