La capacidad de controlar las ondas infrarrojas y de terahercios utilizando campos magnéticos o eléctricos es uno de los grandes desafíos en física que podría revolucionar la optoelectrónica, las telecomunicaciones y el diagnóstico médico. Una teoría de 2006 predice que debería ser posible usar grafeno -una capa monoatómica de átomos de carbono, en un campo magnético no solo para absorber terahercios y luz infrarroja a demanda, sino también para controlar la dirección de la polarización circular. Investigadores de la Universidad de Ginebra UNIGE, Suiza y la Universidad de Manchester hanlogró probar esta teoría y logró los resultados predichos. El estudio, que se publicará en la revista Nanotecnología de la naturaleza , muestra que los científicos encontraron una manera eficiente de controlar las ondas infrarrojas y terahercios. También muestra que el grafeno está cumpliendo sus promesas iniciales, y está haciendo su camino para ser el material del futuro, ya sea en la tierra o en el espacio.
"Existe una clase de los llamados materiales Dirac, donde los electrones se comportan como si no tuvieran una masa, similar a las partículas de luz, los fotones", explica Alexey Kuzmenko, investigador del Departamento de Materia CuánticaFísica en la Facultad de Ciencias de la UNIGE, que realizó esta investigación junto con Ievgeniia Nedoliuk. Uno de esos materiales es el grafeno, una monocapa de átomos de carbono dispuestos en forma de panal, análogo al grafito utilizado, en particular para hacer lápices.
La interacción entre el grafeno y la luz sugiere que este material podría usarse para controlar las ondas infrarrojas y terahercios. "Ese sería un gran paso adelante para la optoelectrónica, la seguridad, las telecomunicaciones y el diagnóstico médico", señala el investigador con sede en Ginebra.
Copia de seguridad de una vieja teoría a través de la experimentación
Una predicción teórica de 2006 postuló que si un material de Dirac se coloca en un campo magnético, producirá una resonancia de ciclotrón muy fuerte ". Cuando una partícula cargada se encuentra en el campo magnético, se mueve en una órbita circular y absorbe el"La energía electromagnética en la frecuencia orbital o ciclotrónica, como ocurre, por ejemplo, en el Gran Colisionador de Hadrones en el CERN", explica Alexey Kuzmenko. "Y cuando las partículas tienen carga pero no masa, como los electrones en el grafeno, la absorción de luz esen su máximo! "
Para demostrar esta absorción máxima, los físicos necesitaban un grafeno muy puro, para que los electrones que viajaban largas distancias no se dispersaran en impurezas o defectos de cristal. Pero este nivel de pureza y orden de celosía es muy difícil de obtener y solo se logran cuandoel grafeno se encapsula en otro material bidimensional: nitruro de boro.
Los investigadores de UNIGE se unieron al grupo de la Universidad de Manchester dirigido por André Geim, ganador del Premio Nobel de Física 2010 por descubrir el grafeno, para desarrollar muestras de grafeno extremadamente puro. Estas muestras, que eran excepcionalmente grandes para este tipode grafeno, sin embargo, eran demasiado pequeños para cuantificar la resonancia del ciclotrón con técnicas bien establecidas. Es por eso que los investigadores de Ginebra construyeron una configuración experimental especial para concentrar la radiación infrarroja y de terahercios en pequeñas muestras de grafeno puro en el campo magnético ".¡El resultado del experimento confirmó la teoría de 2006! ", agrega Alexey Kuzmenko.
polarización controlada por encargo
Los resultados demostraron por primera vez que se produce un efecto magneto-óptico colosal si se usa una capa de grafeno puro. "La máxima absorción de magneto de la luz infrarroja ahora se logra en una capa monoatómica", dice Alexey Kuzmenko.
Además, los físicos descubrieron que era posible elegir qué polarización circular - izquierda o derecha - debería absorberse. "El grafeno natural o intrínseco es eléctricamente neutro y absorbe toda la luz, independientemente de su polarización. Pero siSi introducimos portadores con carga eléctrica, ya sean positivos o negativos, podemos elegir qué polarización se absorbe, y esto funciona tanto en el rango infrarrojo como en el de terahercios ", continúa el científico. Esta capacidad juega un papel crucial, especialmente en la farmacia, donde ciertos medicamentos clavelas moléculas interactúan con la luz dependiendo de la dirección de polarización. Curiosamente, este control se considera prometedor para la búsqueda de vida en exoplanetas, ya que es posible observar las firmas de la quiralidad molecular inherente a la materia biológica.
Finalmente, los físicos descubrieron que para observar un fuerte efecto en el rango de terahercios, es suficiente aplicar campos magnéticos, que ya podrían generarse por un imán permanente de bajo costo.
Ahora que la teoría ha sido confirmada, los investigadores continuarán trabajando en fuentes magnéticamente ajustables y detectores de terahercios y luz infrarroja. El grafeno continúa sorprendiéndolos
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Materiales proporcionado por Universidad de Ginebra . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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