Graphene muliggør alelektrisk styring af energistrøm fra lysemittere

I hjertet af lasere, skærme og andre lysemitterende enheder ligger i udsendelsen af ​​fotoner. Elektrisk styret modulering af denne emission er af stor betydning i applikationer som optisk kommunikation, sensorer og displays. I øvrigt, elektrisk styring af lysemissionsvejene åbner muligheden for nye typer nano-fotoniske enheder, baseret på aktiv plasmonics.

Forskere fra ICFO, MIT, CNRS, CNISM og Graphenea har nu vist aktive, in-situ elektrisk styring af energistrømmen fra erbiumioner til fotoner og plasmoner. Eksperimentet blev implementeret ved at placere erbium-emitterne nogle få snese nanometer væk fra grafenarket, hvis bæreevne (Fermi -energi) er elektrisk styret. Delvist finansieret af EC Graphene Flagship, denne undersøgelse med titlen "Elektrisk kontrol af optiske emitterrelaksationsveje aktiveret af grafen", er blevet offentliggjort i Naturfysik .

Erbiumioner bruges hovedsagelig til optiske forstærkere og udsender lys ved en bølgelængde på 1,5 mikrometer, det såkaldte tredje telecom-vindue. Dette er et vigtigt vindue for optisk telekommunikation, fordi der er meget lidt energitab i dette område, og dermed højeffektiv informationsoverførsel.

Undersøgelsen har vist, at energistrømmen fra erbium til fotoner eller plasmoner kan styres blot ved at anvende en lille elektrisk spænding. Plasmonerne i grafen er temmelig unikke, da de er meget stærkt begrænset, med en plasmonbølgelængde, der er to størrelsesordener mindre end bølgelængden af ​​de udsendte fotoner. Da Fermi -energien i grafenarket gradvist blev øget, erbium-emitterne gik fra spændende elektroner i grafenarket, til at udsende fotoner eller plasmoner. Eksperimenterne afslørede de eftertragtede grafenplasmoner ved nær-infrarøde frekvenser, relevant for disse telekommunikationsapplikationer. Ud over, den stærke koncentration af optisk energi giver nye muligheder for datalagring og manipulation gennem aktive plasmoniske netværk.

Frank Koppens kommenterede:"Dette arbejde viser, at elektrisk styring af lys i nanometerskalaen er mulig og effektiv, takket være grafens optoelektroniske egenskaber."