El grafeno es el material más delgado jamás producido, con el grosor de una sola capa atómica. Con un grosor inferior a la mil millonésima parte de un metro, es capaz de absorber eficientemente la luz desde el visible hasta el infrarrojo a través de la fotoexcitación de sus portadores de carga. Después de la absorción de la luz, sus portadores de carga fotoexcitados se enfrían hasta el estado de equilibrio inicial en unos pocos picosegundos, lo que corresponde a una millonésima de millonésima de segundo. La notable velocidad de este proceso de relajación hace que el grafeno sea particularmente prometedor para una serie de aplicaciones tecnológicas, incluidos los detectores de luz, las fuentes y los moduladores.

Un estudio reciente publicado en ACS Nano ha demostrado que el tiempo de relajación de los portadores de carga de grafeno se puede modificar significativamente mediante la aplicación de un campo eléctrico externo. La investigación se concibió dentro de una colaboración internacional entre el CNR-IFN, el Politecnico di Milano, la Universidad de Pisa, el Graphene Center de Cambridge (Reino Unido) y el ICN2 de Barcelona (España).

"El cambio en el tiempo de relajación de los portadores de carga en el grafeno que hemos observado demuestra un nivel de control sin precedentes sobre la respuesta óptica de un cristal y permite obtener una gran variedad de comportamientos usando un solo material", dice Eva Pogna, investigadora de CNR-IFN, primer autor del trabajo.

Este trabajo allana el camino para el desarrollo de dispositivos que explotan el control del tiempo de relajación de los portadores de carga para soportar nuevas funcionalidades. Por ejemplo, si se utiliza grafeno como absorbente saturable en una cavidad láser para generar pulsos de luz ultracortos, al cambiar el tiempo de relajación de los portadores de carga, podemos controlar la duración de los pulsos de salida.

"El dispositivo específico que hemos utilizado para estudiar el grafeno demostró ser crucial para observar la fuerte capacidad de ajuste de sus propiedades ópticas con el campo eléctrico externo, lo que permite cambiar la cantidad de portadores de carga en un amplio rango mediante la explotación de la activación de líquidos iónicos, que es una tecnología de punta introducida para estudiar los superconductores", explica Andrea Ferrari, directora del Graphene Center en Cambridge.

El dispositivo basado en grafeno ha sido estudiado por espectroscopía ultrarrápida, lo que permitió monitorear la variación del tiempo de relajación de los portadores de carga.

"Este trabajo representa el último paso de una colaboración de investigación de larga data dedicada al estudio de la dinámica del portador ultrarrápido en el grafeno, con el objetivo de explorar el gran potencial de este fascinante material", agregó Klaas-Jan Tielrooij, líder de Ultrafast Dynamics. en el grupo de Sistemas a Nanoescala en ICN2.

"Este descubrimiento es de gran interés para una serie de aplicaciones tecnológicas, que van desde la fotónica, para fuentes de láser pulsado o limitadores ópticos que evitan que los componentes ópticos se dañen, hasta las telecomunicaciones, para detectores y moduladores ultrarrápidos", concluye Giulio Cerullo, profesor del Departamento de Física de Politécnico de Milán. + Explora más

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