Controlar a corrente eletrônica é essencial para a eletrônica moderna, como dados e sinais são transferidos por fluxos de elétrons controlados em alta velocidade. As demandas por velocidades de transmissão também estão aumentando à medida que a tecnologia se desenvolve. Os físicos da Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) conseguiram ligar uma corrente com uma direção desejada no grafeno usando um único pulso de laser dentro de um femtossegundo - um femtossegundo corresponde à milionésima parte de um bilionésimo de segundo. Isso é mais de mil vezes mais rápido do que os transistores mais eficientes da atualidade.

Os cientistas já mostraram que é possível dirigir elétrons com ondas de luz em gases, materiais isolantes e semicondutores. Assim, em princípio, é possível controlar a corrente. Contudo, este conceito ainda não foi aplicado aos metais, já que a luz geralmente não consegue penetrar no material para controlar os elétrons. Para evitar esse efeito, físicos dos grupos de trabalho do Prof. Dr. Peter Hommelhoff e do Prof. Dr. Heiko Weber usaram grafeno, um semimetal que consiste em apenas uma única camada de átomos de carbono. Mesmo que o grafeno seja um excelente condutor, é fino o suficiente para permitir que um pouco de luz penetre no material e mova os elétrons.

Para seus experimentos, os cientistas dispararam pulsos de laser extremamente curtos com formas de onda especialmente projetadas no grafeno. Quando essas ondas de luz atingem o grafeno, os elétrons internos foram lançados em uma direção, como uma chicotada. "Sob campos ópticos intensos, uma corrente foi gerada dentro de uma fração de um ciclo óptico - meio femtossegundo. Foi surpreendente que, apesar dessas enormes forças, a mecânica quântica ainda desempenha um papel fundamental, "explica o Dr. Takuya Higuchi da cadeira de física do laser, o primeiro autor da publicação.

Os pesquisadores descobriram que o processo de geração atual no grafeno segue uma mecânica quântica complicada. Os elétrons viajam de seu estado inicial para o estado excitado por dois caminhos em vez de um - semelhante a uma estrada bifurcada que leva ao mesmo destino. Como uma onda, os elétrons podem se dividir na bifurcação e fluir nas duas estradas simultaneamente. Dependendo da fase relativa entre as ondas de elétrons divididos, quando eles se encontrarem novamente, a corrente pode ser muito grande, ou não está presente. "É como uma onda de água. Imagine uma onda que quebra contra a parede de um edifício e flui para a esquerda e para a direita do edifício ao mesmo tempo. No final do edifício, ambas as partes se encontram novamente. Se as ondas parciais se encontram em seu pico, uma onda muito grande resulta e fluxos de corrente. Se uma onda está em seu pico, o outro em seu ponto mais baixo, os dois se cancelam, e não há corrente, "diz o Prof. Dr. Peter Hommelhoff da cadeira de física do laser." Podemos usar as ondas de luz para regular como os elétrons se movem e quanta eletricidade é gerada. "

Os resultados são mais um passo importante na união de eletrônica e óptica. No futuro, o método poderia abrir uma porta para a realização de eletrônicos ultrarrápidos operando em frequências ópticas.