Forskere demonstrerer modulering af infrarødt lys med grafen

- Forskere ved U.S. Naval Research Laboratory (NRL) Electronics Science and Technology Division i samarbejde med forskere ved University at Buffalo-The State University of New York (SUNY) demonstrerer muligheden for nye optiske enheder, der bruger grafen til kommunikation, billeddannelse og signalbehandling.

NRL-forskning i udviklingen af ​​fremtidige optoelektroniske enheder demonstrerer infrarødt lysmodulation med grafen med virkningen for højhastighedsfase- og amplitudemodulatorer fra den midterste infrarøde til terahertz (THz) bølgelængder. Resultaterne af dette arbejde åbner mulighed for nye optiske enheder, der bruger grafen til kommunikation, billeddannelse og signalbehandling.

"Realiseringen af ​​en afstembar grafenpolarisator har potentialet til i høj grad at forbedre nuværende infrarøde polarisationsmodulationsenheder, der er afgørende for molekylær sansning og identifikation, spiller også en nøglerolle i infrarød kommunikation i frirum, " sagde Dr. Joseph Tischler, forskningsfysiker, NRL Solid Sate Devices Branch.

Selvom grafen har skabt betydelig interesse siden dets opdagelse på grund af dets bemærkelsesværdige egenskaber, der førte til Nobelprisen i fysik i 2010, en af ​​dens ejendomme er blevet overvåget. Elektroner i grafen - i nærvær af et magnetfelt - kan kraftigt ændre lysintensiteten (amplitudemodulation) eller rotere lyspolarisationen (fasemodulation).

Elektroner i grafen roterer i kvantiserede cirkulære baner under et magnetfelt i de såkaldte Landau-niveauer. Lys vil excitere disse elektroner fra en bane til en anden og elektronerne, opfører sig som om de bevæger sig med lysets hastighed, vil genudsende dette lys med en anden amplitude og/eller polarisering.

"Selvom vi har kontrolleret denne effekt med et eksternt magnetfelt, det samme kan gøres ved at ændre mængden af ​​elektroner med en gate og holde magnetfeltet konstant. Dette vil give mulighed for hurtig modulering, muligvis nå terahertz-hastigheder, " tilføjede Dr. Chase Ellis, Det Nationale Forskningsråds postdoc, NRL Solid State Devices Branch.

Bortset fra den teknologiske indvirkning af dette arbejde, gruppen har udviklet en ikke-invasiv, ultrafølsomt 'fingeraftryk'-værktøj. Dette værktøj giver mulighed for brug af nye analyseteknikker.og identifikation og karakterisering af forskellige grafen-multilag ved at måle polariseringen af ​​reflekteret lys fra grafen i et magnetfelt, også selvom de dækker over hinanden.

Dette arbejde testede med succes tre forskellige teorier, der forudsiger rige egenskaber for enkelt- og flerlagsgrafen, og bestemte vigtige parametre, der karakteriserer flerlagsgrafen, hvoraf nogle aldrig var blevet målt før.