De internetverbinding kan tientallen keren sneller zijn dan nu het geval is, dankzij onderzoek door wetenschappers van de Universiteit van Manchester die wondermateriaal grafeen gebruiken.

Schrijven in het journaal Natuurcommunicatie , een samenwerking tussen de universiteiten van Manchester en Cambridge, waaronder Nobelprijswinnende wetenschappers professor Andre Geim en professor Kostya Novoselov, heeft een cruciaal recept ontdekt voor het verbeteren van de kenmerken van grafeenapparaten voor gebruik als fotodetectoren in toekomstige optische communicatie met hoge snelheid.

Door grafeen te combineren met metalen nanostructuren, ze laten een twintigvoudige verbetering zien in het oogsten van licht door grafeen, die de weg vrijmaakt voor vooruitgang op het gebied van snel internet en andere communicatie.

Door twee dicht bij elkaar liggende metalen draden op grafeen te plaatsen en licht op deze structuur te laten schijnen, onderzoekers toonden eerder aan dat dit elektrische stroom opwekt. Dit eenvoudige apparaat presenteert een elementaire zonnecel.

Belangrijker voor toepassingen, dergelijke grafeenapparaten kunnen ongelooflijk snel zijn, tientallen en mogelijk honderd keer sneller dan communicatiesnelheden in de snelste internetkabels, wat te wijten is aan de unieke aard van elektronen in grafeen, hun hoge mobiliteit en hoge snelheid.

Het belangrijkste struikelblok voor praktische toepassingen voor deze overigens veelbelovende apparaten was tot nu toe hun lage efficiëntie. Het probleem is dat grafeen – het dunste materiaal ter wereld – weinig licht absorbeert, ongeveer slechts 3%, terwijl de rest doorgaat zonder bij te dragen aan de elektrische stroom.

De Manchester-onderzoekers hebben de problemen opgelost door grafeen te combineren met kleine metalen structuren, speciaal gerangschikt bovenop grafeen.

Deze zogenaamde plasmonische nanostructuren hebben het optische elektrische veld dat wordt gevoeld door grafeen drastisch verbeterd en het licht effectief geconcentreerd in de één atoom dikke koolstoflaag.

Door gebruik te maken van de plasmonische versterking, de lichtoogstprestaties van grafeen zijn twintig keer verbeterd, zonder aan snelheid in te boeten. De toekomstige efficiëntie kan nog verder worden verbeterd.

Dr. Alexander Grigorenko, een expert in plasmonics en een vooraanstaand lid van het team, zei:"Grafeen lijkt een natuurlijke metgezel voor plasmonics. We hadden verwacht dat plasmonische nanostructuren de efficiëntie van op grafeen gebaseerde apparaten zouden kunnen verbeteren, maar het is een aangename verrassing dat de verbeteringen zo dramatisch kunnen zijn."

Professor Novoselov voegde toe:"De technologie van de productie van grafeen rijpt met de dag, die een onmiddellijke impact heeft op zowel het soort opwindende natuurkunde dat we in dit materiaal vinden, en over de haalbaarheid en het scala aan mogelijke toepassingen.

"Veel toonaangevende elektronicabedrijven beschouwen grafeen voor de volgende generatie apparaten. Dit werk vergroot de kansen van grafeen zeker nog verder."

Professor Andrea Ferrari, van de ingenieursafdeling van Cambridge, die de Cambridge-inspanning in de samenwerking leidde, zei:"Tot nu toe de belangrijkste focus van grafeenonderzoek lag op fundamentele fysica en elektronische apparaten.

"Deze resultaten tonen het grote potentieel aan op het gebied van fotonica en opto-elektronica, waar de combinatie van zijn unieke optische en elektronische eigenschappen met plasmonische nanostructuren, volledig kan worden benut, zelfs als er geen bandgap is, in allerlei handige apparaten, zoals zonnecellen en fotodetectoren"

Grafeen is een nieuw tweedimensionaal materiaal dat kan worden gezien als een monolaag van koolstofatomen die in een hexagonaal rooster zijn gerangschikt.

Het is een wondermateriaal dat een groot aantal unieke eigenschappen bezit en momenteel in veel nieuwe technologieën wordt overwogen.

Het dunste materiaal ter wereld werd in 2004 ontdekt aan de Universiteit van Manchester, die werd erkend door de Nobelprijs voor natuurkunde 2010 toegekend aan Geim en Novoselov voor hun "baanbrekende experimenten met betrekking tot het tweedimensionale materiaal grafeen".