Investigadores de CIC nanoGUNE, en colaboración con el ICFO y Graphenea, introducen una plataforma tecnológica basada en antenas ópticas para atrapar y controlar luz con un material de grafeno de un solo átomo de espesor. Los experimentos muestran que la luz guiada con extrema exactitud o “exprimida” a través del grafeno se puede dirigir y curvar, siguiendo los principios fundamentales de la óptica convencional.

Este trabajo, publicado en la revista Science, abre el camino a nuevas oportunidades para dispositivos y circuitos fotónicos más pequeños y que permitan el procesamiento de señales de manera mucho más rápida. «Sin embargo, aunque la luz es muy rápida, necesita demasiado espacio», explica Rainer Hillenbrand, el profesor de la organización vasca para el desarrollo de la investigación y la ciencia Ikerbasque en nanoGUNE  y la UPV / EHU. De hecho, la propagación de la luz necesita como mínimo un espacio correspondiente a la mitad de su longitud de onda, que es mucho más grande que los componentes electrónicos más punteros de nuestros ordenadores. Y esta es la razón por la cual se plantea una búsqueda por “exprimir la luz” a su limite cuántico fundamental para su propagación a través de materiales a nanoescala.

El “mágico” material de grafeno, una sola capa de átomos de carbono con propiedades extraordinarias, se ha propuesto como una solución. La longitud de onda de la luz capturada por una capa de grafeno puede ser fuertemente reducida en un factor de 10 a 100 en comparación con la luz que se propaga en el espacio libre. Como consecuencia, esta luz que se propaga a lo largo de la capa de grafeno – llamada plasmones de grafeno – requiere mucho menos espacio.

Sin embargo, la transformación de la luz de manera eficiente en plasmones de grafeno y su manipulación con un dispositivo compacto han supuesto un reto importante. Un equipo de investigadores de nanoGUNE , ICFO y Graphenea – miembros del grupo EU Graphene Flagship – ahora demuestra que el concepto de “antena” propio de la tecnología de ondas de radio podría ser una solución prometedora . El equipo muestra que una barra de metal a nanoescala sobre grafeno (que actúa como una antena para la luz) puede captar la luz infrarroja y la transforma en plasmones de grafeno, un proceso análogo al de una antena de radio convirtiendo las ondas de radio en ondas electromagnéticas en un cable metálico.

«Estamos introduciendo una tecnología de plataforma versátil basada en antenas ópticas resonantes para el lanzamiento y el control de la propagación de plasmones de grafeno, lo que representa un paso esencial para el desarrollo de circuitos de grafeno-plasmónica » , dice el director del equipo Rainer Hillenbrand. Pablo Alonso -González , quien realizó los experimentos en nanoGUNE, destaca algunas de las ventajas que ofrece el dispositivo de antena: » la excitación de plasmones de grafeno es puramente óptica, el dispositivo es compacto y la fase y los frentes de onda de los plasmones de grafeno pueden controlarse directamente adaptando geométricamente las antenas. Esto es esencial para desarrollar aplicaciones basadas en el enfoque y la guía de la luz«.

El equipo de investigación también realizó estudios teóricos. Alexey Nikitin, Investigador asociado de Ikerbasque en nanoGUNE, realizó los cálculos y explica que «de acuerdo a la teoría, la operación de nuestro dispositivo es muy eficiente, y todas las futuras aplicaciones tecnológicas dependerán esencialmente de las limitaciones de fabricación y la calidad del grafeno«.

Los experimentos en su conjunto muestran que los principios fundamentales y más importantes de la óptica convencional también se aplican a los plasmones de grafeno , es decir, la luz exprimida que se propaga a lo largo de una capa de átomos de carbono de un solo átomo de espesor. Los futuros desarrollos basados ​​en estos resultados podrían conducir a unos circuitos ópticos y dispositivos extremadamente miniaturizados que podrían ser útiles para la detección mediante sensores y la informática, entre otras aplicaciones.