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Aplicaciones del grafeno en tecnología y medicina. EP

El grafeno puede ser un candidato ideal como fuente de luz a nanoescala capaz de emitir pulsos de luz ultrarrápidos, uno de los requisitos clave de las futuras tecnologías de comunicación óptica.

Investigadores han demostrado experimentalmente dispositivos basados en grafeno que emiten pulsos de luz con un ancho de banda de hasta 10 GHz y duraciones de pulso de menos de 100 picosegundos (o 10 mil millones de pulsos por segundo).

Los científicos, incluido el autor principal Young Duck Kim en la Universidad Kyung Hee en Corea del Sur, el profesor James Hone en la Universidad de Columbia y sus coautores, han publicado un artículo sobre los emisores de luz a base de grafeno en una edición reciente de Nano Letters.

"El grafeno es un importante material emergente en nanofotónica: trabajos recientes han demostrado fotodetectores de alta velocidad basados en grafeno y moduladores ópticos", dijo Kim a Phys.org.

"Este trabajo agrega emisión de luz a la caja de herramientas de dispositivos fotónicos ultrarrápidos basados en grafeno".

Como explican los físicos, el grafeno tiene varias propiedades que lo convierten en un candidato prometedor como un emisor de luz ultrarrápido, que incluye una alta estabilidad térmica y baja capacidad de calor.

Investigaciones anteriores han demostrado que los dispositivos basados en grafeno pueden emitir luz en los rangos de infrarrojos y visibles, aunque el desafío para permitir una modulación práctica de encendido y apagado aún permanece.

Los investigadores explican que, para hacer esto, se necesita un diseño de dispositivo soportado por sustrato con conducción de calor eficiente para permitir un enfriamiento rápido entre pulsos.

Para abordar esta necesidad, en el nuevo estudio, los investigadores encapsularon grafeno en nitruro de boro hexagonal (hBN). Demostraron que la encapsulación permite que el grafeno alcance temperaturas lo suficientemente altas como para emitir luz brillante en el rango visible e infrarrojo cercano, con buena estabilidad (vida útil estimada del dispositivo de al menos 4 años) y enfriamiento rápido.

Como resultado, el dispositivo genera pulsos de luz ultrarrápidos con una duración de tan solo 90 picosegundos y una velocidad de modulación que es varios órdenes de magnitud más rápida que los emisores térmicos convencionales.

Los físicos explican que la alta velocidad probablemente ocurra porque hay dos tipos diferentes de fonones (óptico y acústico), y los electrones en el grafeno están fuertemente acoplados a los fonones ópticos pero débilmente acoplados a los fonones acústicos.

Los investigadores esperan que los emisores ultrarrápidos de luz de grafeno tengan aplicaciones potenciales más allá de las comunicaciones ópticas de 100 GHz, que se extienden a la espectroscopía en el chip, los fotodetectores y la plasmónica.

Los dispositivos también pueden ser útiles como calentadores ultrarrápidos para estudiar fenómenos tales como reacciones químicas y transiciones de fase. Como siguiente paso, los investigadores planean mejorar aún más las propiedades de emisión de luz de los dispositivos.