Un estudio de ICFO y Yale utiliza el grafeno para detectar de forma eficiente luz infrarroja media a temperatura ambiente y convertirla en electricidad.
La detección de luz infrarroja es de especial importancia para muchas aplicaciones actuales como la espectroscopía, procesamiento de materiales, detección química, biomolecular y ambiental, seguridad e industria. Estos es debido a que la región espectral del infrarrojo medio es el rango donde ocurren las vibraciones características y excitaciones rotacionales de muchas moléculas importantes.
Estas vibraciones y excitaciones rotacionales de muchas moléculas, incluidas moléculas peligrosas y biológicas, tienen frecuencias que se encuentran precisamente en el infrarrojo medio y pueden controlarse observando la absorción de luz en este rango espectral específico. Sin embargo, los detectores actuales del infrarrojo medio son muy ineficientes, excepto aquellos que pueden operar a temperaturas criogénicas, ya que incorporan elementos superconductores. Por lo tanto, esta limitación es un inconveniente para disponer de detectores integrados para dispositivos de productos de consumo.
Ahora, en un reciente estudio publicado en Nature Materials, el investigador del ICFO Renwen Yu, dirigido por el profesor del ICREA en el ICFO Javier García de Abajo, en colaboración con el grupo del profesor Fengnian Xia de la Universidad de Yale, han demostrado que el grafeno puede usarse para fabricar detectores de infrarrojo medio que funcionen a temperatura ambiente.
Los investigadores han propuesto y han sido capaces de demostrar experimentalmente que las oscilaciones colectivas de los portadores de carga en este material de carbono, conocidos como plasmones de grafeno, son capaces de aumentar la sensibilidad haciendo el uso del acoplamiento resonante entre la luz infrarroja media y esos plasmones.
En su estudio, el equipo de investigadores fabricó un dispositivo en una oblea de grafeno DVD compuesta por resonadores plasmónicos de disco de grafeno conectados por nanofibras de grafeno cuasi-1D. Luego, iluminaron la luz del infrarrojo medio (12,2 μm de longitud de onda) y observaron la excitación y la alta absorción a temperatura ambiente de los plasmones IR en la superficie del resonador del grafeno y las nanofibras. También observaron que, gracias a las nanoestructuras de grafeno, la absorción de la luz que se estaba convirtiendo en una respuesta eléctrica estaba fuertemente relacionada con el nivel de absorción plasmónica, con tiempos de respuesta que permiten la detección a velocidades de GHz.
Los resultados de este estudio demuestran que el grafeno es un material excelente para la conversión ultrarápida de luz a señales eléctricas a temperatura ambiente, lo que desencadena el desarrollo de detectores de tamaño muy pequeño que podrían integrarse fácilmente en cámaras infrarrojas de alta resolución o en circuitos fotónicos destinados a aplicaciones tales como la seguridad, bioensayo o control de la calidad del aire, entre otros.
Imagen Portada: Esquema del dispositivo propuesto, compuesto por resonadores plasmónicos de disco de grafeno conectados por nanofibras de grafeno cuasi-1D
