Enatomtjocka ark av kol - känd som grafen - har en rad elektroniska egenskaper som forskare undersöker för potentiell användning i nya enheter. Grafens optiska egenskaper väcker också uppmärksamhet, som kan öka ytterligare som ett resultat av forskning från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering (IMRE). Bing Wang från IMRE och hans medarbetare har visat att interaktionen av enstaka grafenark i vissa arrayer tillåter effektiv kontroll av ljus på nanoskala.

Ljus som kläms mellan enstaka grafenark kan spridas mer effektivt än längs ett enda ark. Wang noterar att detta kan ha viktiga tillämpningar inom optisk nanofokusering och vid superlinsavbildning av objekt i nanoskala. I konventionella optiska instrument, ljus kan endast styras av strukturer som har ungefär samma skala som dess våglängd, som för optiskt ljus är mycket större än grafenens tjocklek. Genom att använda ytplasmoner, som är kollektiva rörelser av elektroner vid ytan av elektriska ledare som grafen, forskare kan fokusera ljus till en storlek av bara några få nanometer.

Wang och hans medarbetare beräknade den teoretiska utbredningen av ytplasmoner i strukturer bestående av enatomära ark av grafen, åtskilda av ett isolerande material. För små avstånd på cirka 20 nanometer, de fann att ytplasmonerna i grafenarken interagerade så att de blev "kopplade" (se bild). Denna teoretiska koppling var mycket stark, till skillnad från det som finns i andra material, och påverkade i hög grad spridningen av ljus mellan grafenarken.

Forskarna fann, till exempel, att optiska förluster minskade, så att ljus kan fortplanta sig längre sträckor. Dessutom, under en speciell inkommande vinkel för ljuset, studien förutspådde att brytningen av den inkommande strålen skulle gå i motsatt riktning mot vad som normalt observeras. En sådan ovanlig negativ brytning kan leda till anmärkningsvärda effekter som superlinsing, som möjliggör bildtagning med nästan obegränsad upplösning.

Eftersom grafen är en halvledare och inte en metall, den erbjuder många fler möjligheter än de flesta andra plasmoniska enheter, kommenterar IMRE:s Jing Hua Teng, som ledde forskningen. "Dessa grafenarkmatriser kan leda till dynamiskt kontrollerbara enheter, tack vare den enklare justeringen av grafens egenskaper genom externa stimuli såsom elektriska spänningar." Grafen möjliggör också en effektiv koppling av plasmonerna till andra objekt i närheten, såsom molekyler som adsorberas på dess yta. Teng säger därför att nästa steg är att ytterligare utforska den intressanta fysiken i grafenmatrisstrukturer och undersöka deras omedelbara tillämpningar.