En un nuevo estudio, un equipo de investigación internacional dirigido por la Universidad de Viena ha demostrado que las estructuras construidas alrededor de una sola capa de grafeno permiten fuertes no linealidades ópticas que pueden convertir la luz. El equipo logró esto mediante el uso de cintas de oro del tamaño de un nanómetro para exprimir la luz, en forma de plasmones, en grafeno atómicamente delgado. Los resultados, que se publican en Nanotecnología de la naturaleza son prometedoras para una nueva familia de dispositivos no lineales sintonizables ultrapequeños.

En los últimos años, Se ha realizado un esfuerzo concertado para desarrollar dispositivos plasmónicos para manipular y transmitir luz a través de dispositivos de tamaño nanométrico. Al mismo tiempo, Se ha demostrado que las interacciones no lineales se pueden mejorar en gran medida mediante el uso de plasmones, que puede surgir cuando la luz interactúa con los electrones en un material. En un plasmón la luz está unida a electrones en la superficie de un material conductor, permitiendo que los plasmones sean mucho más pequeños que la luz que los creó originalmente. Esto puede conducir a interacciones no lineales extremadamente fuertes. Sin embargo, Los plasmones se crean típicamente en la superficie de los metales, lo que hace que se descompongan muy rápidamente, limitando tanto la longitud de propagación del plasmón como las interacciones no lineales. En este nuevo trabajo, los investigadores muestran que la larga vida útil de los plasmones en el grafeno y la fuerte no linealidad de este material pueden superar estos desafíos.

En su experimento, el equipo de investigación dirigido por Philip Walther en la Universidad de Viena (Austria), en colaboración con investigadores del Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona (España), la Universidad del Sur de Dinamarca, la Universidad de Montpellier, y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (EE. UU.) utilizaron pilas de materiales bidimensionales, llamadas heteroestructuras, para construir un dispositivo plasmónico no lineal. Tomaron una sola capa atómica de grafeno y depositaron una serie de nanocintas metálicas sobre ella. Las cintas de metal aumentaron la luz entrante en la capa de grafeno, convirtiéndolo en plasmones de grafeno. Estos plasmones quedaron atrapados bajo las nanocintas de oro, y produjo luz de diferentes colores a través de un proceso conocido como generación armónica. Los científicos estudiaron la luz generada, y demostró que, la interacción no lineal entre los plasmones de grafeno fue crucial para describir la generación armónica. Según Irati Alonso Calafell, el autor principal del artículo, "Hemos demostrado que las nanocintas de oro relativamente simples pueden mejorar simultáneamente la no linealidad del grafeno, excitar plasmones de grafeno, y crear una cavidad plasmónica ".

Aunque el campo de la plasmónica de grafeno está todavía en su infancia, los investigadores confían en que estos resultados podrían usarse para probar nueva física en heteroestructuras de grafeno, y dar lugar a una variedad de aplicaciones. Lee Rozema, uno de los científicos que trabaja en el proyecto, dijo que "nuestro equipo en Viena ha propuesto previamente que las interacciones no lineales mediadas por plasmones de grafeno podrían usarse para la computación cuántica, y ahora hemos proporcionado una confirmación experimental de que estos plasmones pueden interactuar de forma no lineal ". El equipo planea seguir presionando para obtener heteroestructuras de grafeno aún más eficientes, experimentando con nuevas geometrías metálicas y explotando diferentes tipos de interacciones no lineales.