De la radio a la televisión a Internet, Las transmisiones de telecomunicaciones son simplemente información transportada en ondas de luz y convertida en señales eléctricas.

Las fibras ópticas basadas en silicio son actualmente las mejores estructuras para alta velocidad, transmisiones de larga distancia, pero el grafeno, un carbono material ultrafino y adaptable:podría mejorar aún más el rendimiento.

En un estudio publicado el 16 de abril en Fotónica ACS , Los investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison fabricaron grafeno en las estructuras de cinta más pequeñas hasta la fecha utilizando un método que simplifica la ampliación. En pruebas con estas pequeñas cintas, los científicos descubrieron que se estaban acercando a las propiedades que necesitaban para mover el grafeno hacia su utilidad en equipos de telecomunicaciones.

"Investigaciones anteriores sugirieron que para ser viable para las tecnologías de telecomunicaciones, el grafeno tendría que estar estructurado prohibitivamente pequeño en áreas grandes, (que es) una pesadilla de fabricación, "dice Joel Siegel, un estudiante graduado de UW-Madison en el grupo del profesor de física Victor Brar y coautor principal del estudio. "En nuestro estudio, Creamos una técnica de fabricación escalable para hacer las estructuras de cinta de grafeno más pequeñas hasta el momento y descubrimos que con reducciones más modestas en el ancho de la cinta, podemos empezar a llegar al rango de telecomunicaciones ".

El grafeno es aclamado como un material maravilloso para tecnologías como las telecomunicaciones o las células solares porque es fácil de trabajar. es relativamente económico, y tiene propiedades físicas únicas, como ser aislante y conductor de electricidad.

Si se modifica para interactuar con la luz de mayor energía, el grafeno podría usarse para modular las señales de telecomunicaciones a velocidades ultrarrápidas. Por ejemplo, podría usarse para bloquear frecuencias de comunicaciones no deseadas.

Una forma de mejorar el rendimiento del grafeno es cortarlo en microscópico, estructuras de cinta a escala nanométrica, que actúan como pequeñas antenas que interactúan con la luz. Cuanto más pequeña es la antena, las energías superiores de luz con las que interactúa. También se puede "sintonizar" para interactuar con múltiples energías de luz cuando se aplica un campo eléctrico, estirando aún más su rendimiento.

Los investigadores, incluidos los equipos dirigidos por los profesores de ciencia e ingeniería de materiales de UW-Madison Michael Arnold y Padma Gopalan, Primero quería hacer un dispositivo con cintas de grafeno que fueran más estrechas que cualquier otra cosa hecha hasta ahora. Al construir polímeros en forma de cinta sobre grafeno y luego grabar parte del material circundante, se quedaron dibujados con precisión, cintas de grafeno increíblemente delgadas.

"Es muy útil porque no existen buenas técnicas de fabricación para llegar al tamaño de la función que hicimos, 12 nanómetros de ancho en un área grande, "Dice Siegel." Y no hay diferencia entre el patrón sobre la escala de centímetros con la que estamos trabajando aquí y obleas gigantes de seis pulgadas útiles para aplicaciones industriales. Es muy fácil de ampliar ".

Con los dispositivos fabricados, Luego, los investigadores pudieron probar cómo las cintas interactuaban con la luz y qué tan bien podían controlar esa interacción.

Junto con el grupo del profesor de ingeniería eléctrica e informática de UW-Madison, Mikhail Kats, iluminaron diferentes longitudes de onda de luz infrarroja en las estructuras e identificaron la longitud de onda donde las cintas y la luz interactuaban con mayor fuerza, conocida como la longitud de onda resonante.

Descubrieron que a medida que disminuye el ancho de la cinta, también lo hace la longitud de onda resonante de la luz. Las longitudes de onda más bajas significan energías más altas, y sus dispositivos interactuaron con las energías más altas medidas hasta ahora para el grafeno estructurado.

Los investigadores también pudieron ajustar las cintas aumentando la intensidad del campo eléctrico aplicado a las estructuras. reduciendo aún más la longitud de onda resonante de las estructuras. Los investigadores determinaron que una estructura tiene la flexibilidad esperada necesaria para las aplicaciones tecnológicas que pretendían lograr.

Luego compararon sus datos experimentales con los comportamientos predichos del grafeno estructurado en tres anchos de cinta diferentes y tres intensidades de campo eléctrico. Las cintas más anchas que crearon los investigadores coincidían estrechamente con los comportamientos predichos.

Pero para cintas más estrechas, vieron lo que se llama blueshift, o un cambio a energías superiores a las esperadas. El desplazamiento hacia el azul puede explicarse por el hecho de que los electrones de las cintas más pequeñas tendrían más probabilidades de interactuar y repeler entre sí.

"El desplazamiento hacia el azul que observamos indica que se pueden alcanzar longitudes de onda de telecomunicaciones con estructuras mucho más grandes de lo que se esperaba anteriormente, alrededor de ocho a 10 nanómetros, que es solo marginalmente más pequeño que las estructuras de 12 nanómetros que hicimos, "Dice Siegel.

Con el objetivo de ocho a 10 nanómetros mucho más cerca de lo esperado, los investigadores ahora están tratando de ajustar sus métodos de fabricación para hacer que las cintas sean aún más estrechas. Estas nuevas nanoestructuras de grafeno también permitirán explorar la física fundamental de las interacciones luz-materia. investigación que Siegel y sus colegas están llevando a cabo actualmente.