- Forskare vid U.S. Naval Research Laboratory (NRL) Electronics Science and Technology Division i samarbete med forskare vid University at Buffalo-The State University of New York (SUNY) demonstrerar möjligheten för nya optiska enheter som använder grafen för kommunikation, bildbehandling och signalbehandling.

NRL-forskning i utvecklingen av framtida optoelektroniska enheter visar modulering av infrarött ljus med grafen med inverkan för höghastighetsfas- och amplitudmodulatorer från mellaninfraröd till terahertz (THz) våglängder. Resultaten av detta arbete öppnar möjligheten för nya optiska enheter som använder grafen för kommunikation, bildbehandling och signalbehandling.

"Förverkligandet av en avstämbar grafenpolarisator har potential att avsevärt förbättra nuvarande infraröda polarisationsmoduleringsenheter som är avgörande för molekylär avkänning och identifiering, spelar också en nyckelroll i infraröd kommunikation i fritt utrymme, sade Dr Joseph Tischler, forskningsfysiker, NRL Solid Sate Devices Branch.

Även om grafen har skapat stort intresse sedan dess upptäckt på grund av dess anmärkningsvärda egenskaper som ledde till Nobelpriset i fysik 2010, en av dess fastigheter har övervakats. Elektroner i grafen – i närvaro av ett magnetfält – kan kraftigt ändra ljusintensiteten (amplitudmodulering) eller rotera ljuspolarisationen (fasmodulering).

Elektroner i grafen roterar i kvantiserade cirkulära banor under ett magnetfält i de så kallade Landau-nivåerna. Ljus kommer att excitera dessa elektroner från en bana till en annan och elektronerna, beter sig som om de rör sig med ljusets hastighet, kommer att avge detta ljus med en annan amplitud och/eller polarisering.

"Även om vi har kontrollerat denna effekt med ett externt magnetfält, samma sak kan göras genom att ändra mängden elektroner med en grind och hålla magnetfältet konstant. Detta skulle möjliggöra snabb modulering, möjligen uppnå terahertz -hastigheter, " tillade Dr Chase Ellis, National Research Council postdoc, NRL Solid State Devices Branch.

Förutom den tekniska effekten av detta arbete, gruppen har utvecklat en icke-invasiv, ultrakänsligt verktyg för fingeravtryck. Detta verktyg möjliggör användning av nya analystekniker.och identifiering och karakterisering av olika grafenflerlager genom att mäta polariseringen av reflekterat ljus från grafen i ett magnetfält, även om de döljer varandra.

Detta arbete testade framgångsrikt tre olika teorier som förutsäger rika egenskaper för en- och flerskiktsgrafen och bestämde viktiga parametrar som kännetecknar flerskiktsgrafen, varav några aldrig hade mätts tidigare.