Actieve in situ controle van licht op nanoschaal blijft een uitdaging in de moderne natuurkunde en in het bijzonder in nanofotonica. Een veelbelovende aanpak is om te profiteren van de technologische volwassenheid van nano-elektromechanische systemen (NEMS) en de technologie te combineren met on-chip optica, maar de integratie van dergelijke kleine apparaten met optische velden blijft moeilijk.

In een recent werk gepubliceerd in Natuurcommunicatie , ICFO-onderzoekers Dr. Antoine Reserbat-Plantey, Kevin G. Schadler, en Dr. Louis Gaudreau, onder leiding van ICREA-hoogleraren bij ICFO Frank H.L. Koppens en Adrian Bachtold en ICFO-hoogleraar Darrick Chang, hebben een nieuw type hybride systeem gepresenteerd dat bestaat uit een on-chip grafeen NEMS dat enkele tientallen nanometers boven stikstof-vacature-centra (NVC's) hangt, die stabiel zijn, single-photon emitters ingebed in nanodiamanten. Hun werk heeft bevestigd dat grafeen een ideaal platform is voor zowel nanofotonica als nanomechanica.

Voor hun studie de onderzoekers fabriceerden voor het eerst zo'n origineel hybride apparaat. Door zijn elektromechanische eigenschappen, grafeen NEMS kan elektrostatisch worden geactiveerd en afgebogen over enkele tientallen nanometers met bescheiden spanningen toegepast op een poortelektrode. De grafeenbeweging kan dus worden gebruikt om de lichtemissie door de NVC te moduleren, terwijl het uitgezonden veld kan worden gebruikt als een universele sonde van de grafeenpositie. De optomechanische koppeling tussen de grafeenverplaatsing en de NVC-emissie is gebaseerd op dipool-dipoolinteracties in het nabije veld.

De onderzoekers konden zien dat de koppelingssterkte sterk toeneemt voor kortere afstanden en wordt versterkt door het tweedimensionale (2D) karakter van grafeen en de lineaire dispersie. Deze prestaties zijn veelbelovend voor selectieve controle van emitterarrays op de chip, optische spectroscopie van individuele nano-objecten, geïntegreerde optomechanische informatieverwerking, en opent nieuwe wegen in de richting van kwantumoptomechanica.