- Onderzoekswetenschappers van het U.S. Naval Research Laboratory (NRL) Electronics Science and Technology Division in samenwerking met onderzoekers van de Universiteit van Buffalo-The State University of New York (SUNY) demonstreren de mogelijkheid voor nieuwe optische apparaten die grafeen gebruiken voor communicatie, beeldvorming en signaalverwerking.

NRL-onderzoek naar de ontwikkeling van toekomstige opto-elektronische apparaten demonstreert infraroodlichtmodulatie met grafeen met de impact voor snelle fase- en amplitudemodulatoren van de midden-infrarood tot terahertz (THz) golflengten. De resultaten van dit werk openen de mogelijkheid voor nieuwe optische apparaten die grafeen gebruiken voor communicatie, beeldvorming en signaalverwerking.

"De realisatie van een afstembare grafeenpolarisator heeft het potentieel om de huidige infraroodpolarisatiemodulatie-apparaten die cruciaal zijn voor moleculaire detectie en identificatie, aanzienlijk te verbeteren, ook een sleutelrol spelen in infraroodcommunicatie in de vrije ruimte, " zei Dr. Joseph Tischler, onderzoek fysicus, NRL Solid Sate Devices Branch.

Hoewel grafeen sinds de ontdekking veel belangstelling heeft gewekt vanwege de opmerkelijke eigenschappen die in 2010 leidden tot de Nobelprijs voor natuurkunde, een van zijn eigendommen is gecontroleerd. Elektronen in grafeen kunnen - in aanwezigheid van een magnetisch veld - de lichtintensiteit sterk veranderen (amplitudemodulatie) of de lichtpolarisatie roteren (fasemodulatie).

Elektronen in grafeen draaien in gekwantiseerde cirkelvormige banen onder een magnetisch veld in de zogenaamde Landau Levels. Licht zal deze elektronen van de ene baan naar de andere exciteren en de elektronen, zich gedragen alsof ze met de snelheid van het licht bewegen, zal dit licht opnieuw uitzenden met een andere amplitude en/of polarisatie.

"Hoewel we dit effect hebben gecontroleerd met een extern magnetisch veld, hetzelfde kan worden gedaan door de hoeveelheid elektronen met een poort te veranderen en het magnetische veld constant te houden. Dit zou een snelle modulatie mogelijk maken, mogelijk terahertz-snelheden bereiken, " voegde Dr. Chase Ellis toe, National Research Council postdoctoraal, NRL Solid State Devices Branch.

Afgezien van de technologische impact van dit werk, de groep heeft een niet-invasieve, ultragevoelige 'vingerafdruk'-tool. Deze tool maakt het gebruik van nieuwe analysetechnieken en identificatie en karakterisering van verschillende grafeen-multilagen mogelijk door de polarisatie van gereflecteerd licht van grafeen in een magnetisch veld te meten, zelfs als ze elkaar bedekken.

Dit werk heeft met succes drie verschillende theorieën getest die rijke eigenschappen voorspellen voor enkellaags en meerlagig grafeen en bepaalde belangrijke parameters die meerlagig grafeen karakteriseren, waarvan sommige nog nooit eerder waren gemeten.