Grafen är det tunnaste materialet som någonsin tillverkats, med tjockleken av ett enda atomlager. Den är tunnare än en miljarddels meter och kan effektivt absorbera ljus från det synliga till det infraröda genom fotoexcitation av dess laddningsbärare. Efter ljusabsorption kyls dess fotoexciterade laddningsbärare ner till det initiala jämviktstillståndet på några pikosekunder, motsvarande en miljondels miljondels sekund. Den anmärkningsvärda hastigheten i denna avslappningsprocess gör grafen särskilt lovande för ett antal tekniska tillämpningar, inklusive ljusdetektorer, källor och modulatorer.

En nyligen publicerad studie publicerad i ACS Nano har visat att avslappningstiden för grafenladdningsbärare kan modifieras avsevärt genom att applicera ett externt elektriskt fält. Forskningen skapades inom ett internationellt samarbete mellan CNR-IFN, Politecnico di Milano, University of Pisa, Graphene Centre of Cambridge (UK) och ICN2 of Barcelona (Spanien).

"Förändringen i relaxationstiden för laddningsbärare i grafen som vi har observerat, visar en oöverträffad nivå av kontroll på den optiska responsen hos en kristall och gör det möjligt att erhålla en stor variation av beteenden med hjälp av ett enda material", säger Eva Pogna, undersökt från CNR-IFN, verkets första författare.

Detta arbete banar väg för utvecklingen av enheter som utnyttjar kontrollen av avslappningstiden för laddningsbärare för att stödja nya funktioner. Till exempel, om grafen används som mättningsbar absorbator i en laserkavitet för att generera ultrakorta ljuspulser, genom att ändra avslappningstiden för laddningsbärarna, kan vi kontrollera varaktigheten av utpulserna.

"Den specifika enhet som vi har använt för att studera grafen, visade sig vara avgörande för att observera den starka avstämningsförmågan hos dess optiska egenskaper med det externa elektriska fältet, vilket gör det möjligt att ändra antalet laddningsbärare över ett brett spektrum genom att utnyttja jonisk vätskeport, vilket är en toppmodern teknik som introducerats för att studera supraledare", förklarar Andrea Ferrari, chef för Graphene Center i Cambridge.

Den grafenbaserade enheten har studerats med ultrasnabb spektroskopi, som gjorde det möjligt att övervaka variationen i laddningsbärarnas relaxationstid.

"Detta arbete representerar det senaste steget i ett mångårigt forskningssamarbete ägnat åt studiet av ultrasnabb bärardynamik i grafen, som syftar till att utforska den stora potentialen hos detta fascinerande material" som tillagt av Klaas-Jan Tielrooij, ledare för Ultrafast Dynamics i Nanoscale Systems-gruppen på ICN2.

"Denna upptäckt är av stort intresse för ett antal tekniska tillämpningar, allt från fotonik, för pulsade laserkällor eller optiska begränsare som förhindrar att optiska komponenter skadas, till telekommunikation, för ultrasnabba detektorer och modulatorer", avslutar Giulio Cerullo, professor vid fysikavdelningen för Politecnico di Milano. + Utforska vidare

Forskare avslöjar mekanismen för detektering av elektriska fält i grafensensorer i mikroskala