Grafén je považovaný za jeden z najlepších materiálov, aký poznáme. Nielen, že je pevnejšia ako oceľ, ale môže mať hrúbku iba jedného atómu, čo znamená, že z materiálu môžeme vytvoriť silné ľahké štruktúry a čoskoro by sme ich mohli použiť na vytvorenie malej, ultratenkej elektroniky.
ČÍTAJTE ĎALEJ: Čo je grafén a čo dokáže?
Výskumníci z Inštitútu fotonických vied (ICFO) v Barcelone spolu s tímom vlajkovej lode Graphene použili zázračný materiál na stlačenie svetla na hrúbku jediného atómu. Ich štúdium, Vydaný v Veda, vysvetľuje, ako použili grafén na obmedzenie svetla, čo ohlasuje nový vek ultra malých optických senzorov, detektorov a spínačov.
Pozri súvisiace
V súčasnosti sa veľkosti počítačových čipov snažia zmenšiť, čo je v rozpore s Moorovým zákonom – a teória, ktorá načrtla exponenciálne zmenšovanie zariadení, ktoré poháňalo priemysel výroby čipov rokov. Zistenia výskumného tímu by mohli viesť k vytvoreniu ultra malých prepínačov, ktoré by mohli opäť uľahčiť pokračovanie Moorovho zákona.
Prielom tímu ICFO je významný, pretože predchádzajúce pokusy použiť kovy na zmrštenie svetla vo všeobecnosti nedokázali stlačiť svetelnú vlnu do takého malého tvaru. Iné experimenty, ktorým sa podarilo dostať svetlo pod jeho difrakčný limit, by vždy viedli k strate energie. Grafén to prekonáva.
„Graphene nás stále prekvapuje: nikto si nemyslel, že by bolo možné obmedziť svetlo na limit jedného atómu,“ hovorí profesor Frank Koppens, ktorý viedol výskum na ICFO. "Otvorí úplne novú sadu aplikácií, ako je optická komunikácia a snímanie v mierke pod jeden nanometer."
Ako pri každom dobrom vedeckom objave, zdá sa, že výskumné tímy v skutočnosti náhodou narazili na vlastnosti grafénu, ktoré tečú svetlo.
„Najskôr sme hľadali nový spôsob, ako excitovať grafénové plazmóny,“ vysvetľuje David Alcaraz Iranzo, hlavný autor článku z ICFO. „Cestou sme zistili, že obmedzenie bolo silnejšie ako predtým a dodatočné straty boli minimálne. Preto sme sa rozhodli ísť na hranicu jedného atómu s prekvapivými výsledkami.“
Tím výskumníkov použil hromady heteroštruktúr - dvojrozmerné materiály - na vytvorenie nanooptického zariadenia. Potom použili grafénovú monovrstvu, ktorá pôsobí ako polokov, a na ňu navrstvili šesťhrannú monovrstvu nitridu bóru, ktorá pôsobila ako izolant. Okrem toho uložili rad kovových tyčí. Rozhodnutie použiť grafén bolo jednoducho kvôli jeho svetlovodivým vlastnostiam vďaka jeho oscilujúcim elektrónom známym ako plazmóny.
ČÍTAJTE ĎALEJ: Diamantové nano vlákno by mohlo byť super pevným materiálom, na ktorý svet čaká
Ak je to všetko pre vás trochu stratené, nebojte sa. Výskum bol v podstate navrhnutý tak, aby zistil, ako sa plazmóny šíria medzi kovom a grafénom. Náhodný prielom nastal, keď sa výskumníci rozhodli, že čo najviac zmenšia medzeru medzi kovom a grafénom, aby zistili, či sa energia stratí, ak obmedzia svetlo.
Na ich prekvapenie, použitím šesťuholníkovej monovrstvy nitridu bóru ako spacera boli plazmóny grafénu stále excitované a schopné sa voľne šíriť, aj keď boli obmedzené na kanál s hrúbkou len jedného atómu. Tímu sa potom podarilo riadiť toto šírenie použitím elektrického napätia, čo demonštrovalo kontrolu svetla vedeného v kanáloch menších ako jeden nanometer.
„Pôsobivé výsledky uvedené v tomto dokumente sú dôkazom dôležitosti pre špičkovú vedu prácu vlajkovej lode,“ vysvetlila profesorka Andrea C Ferrari, vedecká a technologická riaditeľka spoločnosti Graphene Vlajková loď. "Dosiahnutie maximálneho limitu svetelného obmedzenia by mohlo viesť k novým zariadeniam s bezprecedentne malými rozmermi."
Určite ešte chvíľu potrvá, kým začneme vidieť, že zistenia tohto výskumu skutočne prenikajú do spotrebného tovaru – čiastočne kvôli neúmerným nákladom na výrobu grafénu vo veľkom meradle. Tento výskum nás však nepochybne posunul o krok bližšie k ultratenkým a ľahkým zariadeniam budúcnosti.
[Obrázok: ICFO]
