Med en stråle av infrarött ljus, forskare har skickat krusningar av elektroner längs grafenytan och visat att de kan kontrollera längden och höjden på dessa svängningar, kallas plasmoner, med en enkel elektrisk krets.

Detta är första gången någon har observerat plasmoner på grafen, ark av kol bara en atom tjock med en mängd spännande fysikaliska egenskaper, och ett viktigt steg mot att använda plasmoner för att bearbeta och överföra information i utrymmen som är för trånga för att använda ljus.

"Alla misstänkte att plasmoner borde finnas där, men att se är att tro. Vi har avbildat dem och visat att de sprider sig. Och vi har visat att vi kan kontrollera dem, sa Dimitri Basov, professor i fysik vid University of California, San Diego, och seniorförfattare till rapporten publicerad online den 21 juni före tryckt publicering i Natur .

För att göra enheterna, de skalade grafen från grafit, saker med blyertspenna, och gned den på kiseldioxidchips.

De lanserade plasmoner genom att lysa en infraröd laser på grafenens yta och mätte vågorna med den ultrakänsliga armen på ett atomkraftmikroskop.

De utgående vågorna är omöjliga att mäta. Men när de når kanten av grafen, de reflekteras som vattenvågor från en båt som studsar från en brygga.

Oscillationer som återvänder från kanten lägger till, eller avboka, efterföljande vågor, skapar ett karakteristiskt interferensmönster som avslöjar deras våglängd och amplitud.

Forskarna visade att mönstret kunde ändras genom att styra en elektrisk krets bildad med elektroder fästa på grafenytan och ett lager av rent kisel under chipsen.

"Här är det, " sa Basov. "Du tar bara ett batteri från en ficklampa och drar på spänningen och du har en avstämbar plasmonisk enhet."

Precis som ljus kan bära komplexa signaler genom fiberoptik, plasmoner kan användas för att överföra information. Men plasmoner kunde bära information inom mycket snävare utrymmen.

"Det är omöjligt att begränsa ljuset på nanometerskala eftersom ljusets våglängder är många hundra nanometer, " sa Zhe Fei, en doktorand i Basovs labb och den första författaren till uppsatsen. "Vi använde ljus för att excitera ytplasmoner med en längdskala på 100 nanometer eller mindre som kan resa med mycket hög hastighet från ena sidan av chipet till den andra."

Prestationen de observerade är lovande. Dessa är några av de kortaste plasmonvåglängderna som mäts i något material, ändå fortplantar sig vågorna lika långt som de gör i metaller som guld. Och till skillnad från plasmoner på metaller, grafenplasmoner kan trimmas.

Ett team av forskare som arbetar självständigt i Spanien ledd av Frank Koppens, Rainer Hillenbrand och Javier Garcia de Abajo har gjort en liknande upptäckt med hjälp av grafenfilm avsatt av en gas i stället för att skalas från grafit. Deras rapport, publicerad i samma nummer av Natur , stärker detta bevis för grafenplasmoner.

"Graphene optoelektronik och informationsbehandling är mycket lovande. Vi vill se vårt arbete bidra till framtidens teknologi, ", sa Basov. "Det finns också helt nytt, grundläggande vetenskap kommer ur detta. Genom att övervaka plasmoner, vi lär oss vad elektroner gör i denna nya form av kol, hur grundläggande interaktioner styr deras egenskaper. Det här är en undersökningsväg."