Come rilassare velocemente il grafene

grafene

Uno studio del Cnr-Ifn e del Politecnico di Milano dimostra un controllo senza precedenti delle proprietà ottiche del grafene. Promettenti le ricadute in diversi settori applicativi come la fotonica e le telecomunicazioni.

Il grafene è il materiale più sottile mai realizzato, con lo spessore di un singolo strato di atomi inferiore a un miliardesimo di metro, è in grado di assorbire efficacemente la luce visibile e infrarossa, mediante l’eccitazione dei suoi portatori di carica. A seguito dell’assorbimento della luce, le cariche eccitate tornano rapidamente allo stato di equilibrio iniziale in un lasso tempo di pochi picosecondi, ovvero pochi milionesimi di milionesimi di secondo. La notevole velocità di questo processo di rilassamento energetico rende il grafene particolarmente promettente per una serie di applicazioni tecnologiche, tra cui rivelatori, sorgenti e modulatori di luce.

Il rilassamento energetico rende il grafene particolarmente promettente

Un recente lavoro pubblicato su ACS Nano, ha mostrato che attraverso un campo elettrico esterno è possibile modificare in modo significativo il tempo di rilassamento dei portatori di carica del grafene. La ricerca è stata condotta dall’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ifn) e dal Politecnico di Milano, in collaborazione con il Graphene Center di Cambridge, l’Istituto italiano di tecnologia (Iit), l’Università di Pisa e il ICN2 di Barcellona ed è supportata dal progetto europeo Graphene Flagship.

«La variazione del tempo di rilassamento dei portatori di carica del grafene che abbiamo osservato dimostra un livello di controllo delle proprietà ottiche senza precedenti e permette di ottenere da un unico materiale una grande variabilità di comportamenti» afferma Eva Pogna, ricercatrice del Cnr- Ifn, prima firma del lavoro.

Il lavoro apre la strada allo sviluppo di dispositivi che sfruttano il controllo del tempo di rilassamento dei portatori di carica per ottenere nuove funzionalità. Per esempio, se il grafene viene utilizzato come assorbitore in una cavità laser per generare impulsi di luce ultrabrevi, variando il tempo di rilassamento dei portatori è possibile controllare la durata degli impulsi generati.

La modellizzazione teorica del rilassamento dei portatori di carica del grafene in funzione del campo elettrico esterno, curata da Andrea Tomadin e Marco Polini, professori del Dipartimento di fisica dell’Università di Pisa, ha permesso l’identificazione del meccanismo fisico alla base del fenomeno osservato.