En Berkeley, científicos del laboratorio demuestran un dispositivo ajustable de grafeno, la primera herramienta para empezar a trabajar con la luz en terahercios. La longitud de onda en terahercios de la luz es invisible, está en el extremo más alejado de los infrarrojos, pero es útil para todo, desde la detección de explosivos en un aeropuerto hasta el diseño de fármacos para el diagnóstico de cáncer de piel.

Ahora, por primera vez, los científicos del Laboratorio Nacional de Berkeley (Berkeley Lab) de EE.UU. y la Universidad de California en Berkeley, han mostrado un dispositivo a micro-escala hecho de grafeno, con la increíble forma del carbono de un solo átomo de espesor, cuya fuerte respuesta a la luz, en las frecuencias de terahercios, se puede ajustar con exquisita precisión.

«El corazón de nuestro dispositivo es una matriz hecha de cintas de grafeno de tan sólo millonésimas de metro de ancho», dice Feng Wang, de la División de Ciencias de Materiales del Laboratorio de Berkeley, profesor adjunto de física en UC Berkeley, y que también dirigió el equipo de investigación. «Al variar la anchura de las cintas y la concentración de portadores de carga, podemos controlar las oscilaciones colectivas de electrones en las microcintas».

El nombre de estas oscilaciones colectivas de electrones se llaman «plasmones«, y aunque suene extraña la palabra, lo que describe son efectos tan familiares como los colores brillantes de las vidrieras.

«Los plasmones de luz visible de alta frecuencia acontecen en las nanoestructuras metálicas en tres dimensiones», dice Wang. Los colores de las vidrieras medievales, por ejemplo, son el resultado de la colección de oscilaciones de los electrones en la superficie de las nanopartículas de oro, cobre y otros metales, y dependen de su tamaño y forma. «Sin embargo, el grafeno tiene sólo un átomo de espesor, y sus electrones se mueven en sólo dos dimensiones. En los sistemas 2D, los plasmones se reproducen a frecuencias mucho más bajas.»

La longitud de onda de la radiación de terahercios se mide en cientos de micras (millonésimas de metro), pero la anchura de las cintas de grafeno en el dispositivo experimental es de uno a cuatro micrómetros cada una.

«Un material que se compone de estructuras con dimensiones mucho más pequeñas que la longitud de onda correspondiente, y que presenta unas propiedades ópticas muy diferentes de los demás materiales, se llama metamaterial», aclara Wang. «Así que no sólo han hecho los primeros estudios sobre la luz y el acoplamiento de plasmones en el grafeno, sino que también hemos creado un prototipo para el futuro, basado ​​en el metamaterial grafeno y un rango de terahercios.»

El equipo informó de su investigación en la revista Nature Nanotechnology.

• Referencia: EurekAlert.org, 4 septiembre 2011, contacto: Paul Preuss
• Fuentes: DOE / Lawrence Berkeley National Laboratory.
• – En Nature Nanotechnology: «plasmónica grafeno para los metamateriales terahertz sintonizables», de Long Ju, Geng Baisong, Horng Jason, Girit Caglar, Michael Martin, Hao Zhao, Hans A. Bechtel, Liang Xiaogan, Alex Zettl, Y. Ron Shen, y Feng Wang.
• Imagen: cintas de grafeno y resonancia de plasmones. Crédito: Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.