La aplicación práctica del grafeno en la nanofotónica
El grafeno es un material realmente bidimensional, compuesto de una sola capa de átomos de carbono. Es un material que ha despertado un gran interés desde que fue aislado experimentalmente, por sus excepcionales propiedades electrónicas, mecánicas y ópticas. Las propiedades singulares del grafeno afectan en gran medida a las ondas de superficie electromagnéticas guiadas, llamadas plasmones de superficie. Variando la densidad del portador de grafeno se espera ajustar eléctricamente los campos ópticos asociados y los plasmones de superficie. A partir del trabajo experimental realizado en el marco de GRANOP (Graphene nano-photonics) se observó que los plasmones de grafeno pueden confinarse a volúmenes millones de veces menores respecto de los plasmones que se propagan en espacio libre. Asimismo, los científicos demostraron que, bajo condiciones realistas, los campos ópticos de plasmones muy confinados generan interacciones en escalas de tiempo de picosegundos, que son significativamente más breves que el tiempo de vida previsto del plasmón. El equipo de trabajo de GRANOP aprovechó esta interacción y la no linearidad intrínseca del grafeno para obtener un interruptor de fotón único. Específicamente, se utilizó el confinado del campo óptico para convertir una nanoestructura de grafeno en una cavidad resonante ajustable de muy pequeño volumen. La resonancia de la cavidad se controló in situ por activación del grafeno. Se espera que la posibilidad de activar o desactivar el modo de los plasmones allane el camino hacia los transistores ópticos a base de grafeno. La combinación de nanoelectrónica y nanoóptica permite desarrollar una plétora de dispositivos nanooptoelectrónicos. Entre otras, se esperan mayores interacciones entre la luz y la materia para los dispositivos cuánticos. Antes del cierre del proyecto, los científicos demostraron que existen interacciones fuertes entre el grafeno y los iones de erbio como emisores de luz nanométricos. Los científicos colocaron los iones de erbio a unos pocos nanómetros de distancia del grafeno, y así modificaron la velocidad de relajación de los iones de erbio excitados, que emiten luz a una longitud de onda de telecomunicaciones de importancia tecnológica, de 1,5 µm. Asimismo, podrían controlar si el emisor decae en los pares huecos de electrones, fotones emitidos o plasmones de grafeno. El trabajo realizado en el marco del proyecto de GRANOP de controlar las velocidades de relajación y las vías de dichos emisores de luz podrá aplicarse en campos desde el procesamiento de información cuántica y la acumulación de luz hasta la detección de (bio)moléculas.
Palabras clave
Grafeno, nanofotónica, plasmones de superficie, campos ópticos, GRANOP, emisores de luz