p Grafeno, uma forma ultrafina de carbono com eletricidade excepcional, óptico, e propriedades mecânicas, tornou-se um foco de pesquisa em uma variedade de usos potenciais. Agora, os pesquisadores do MIT descobriram uma maneira de controlar como o material conduz eletricidade usando pulsos de luz extremamente curtos, que poderia permitir seu uso como um detector de luz de banda larga. p As novas descobertas são publicadas na revista Cartas de revisão física , em um artigo do estudante de graduação Alex Frenzel, Nuh Gedik, e três outros.

p Os pesquisadores descobriram que, ao controlar a concentração de elétrons em uma folha de grafeno, eles podem mudar a maneira como o material responde a um pulso de luz curto, mas intenso. Se a folha de grafeno começa com baixa concentração de elétrons, o pulso aumenta a condutividade elétrica do material. Este comportamento é semelhante ao dos semicondutores tradicionais, como silício e germânio.

p Mas se o grafeno começa com alta concentração de elétrons, o pulso diminui sua condutividade - da mesma maneira que um metal geralmente se comporta. Portanto, modulando a concentração de elétrons do grafeno, os pesquisadores descobriram que eles podem alterar efetivamente as propriedades fotocondutoras do grafeno de semicondutor para metal.

p A descoberta também explica a fotorresposta do grafeno relatada anteriormente por diferentes grupos de pesquisa, que estudou amostras de grafeno com diferentes concentrações de elétrons. "Conseguimos ajustar o número de elétrons no grafeno, e obter qualquer resposta, "Frenzel diz.

p Para realizar este estudo, a equipe depositou grafeno no topo de uma camada isolante com uma fina película metálica por baixo; aplicando uma voltagem entre o grafeno e o eletrodo inferior, a concentração de elétrons do grafeno pode ser ajustada. Os pesquisadores então iluminaram o grafeno com um forte pulso de luz e mediram a mudança de condução elétrica avaliando a transmissão de um segundo, pulso de luz de baixa frequência.

p Nesse caso, o laser desempenha funções duplas. "Usamos dois pulsos de luz diferentes:um para modificar o material, e um para medir a condução elétrica, "Gedik diz, acrescentando que os pulsos usados ​​para medir a condução são de frequência muito mais baixa do que os pulsos usados ​​para modificar o comportamento do material. Para conseguir isso, os pesquisadores desenvolveram um dispositivo transparente, Frenzel explica, para permitir que os pulsos de laser passem por ele.

p Este método totalmente óptico evita a necessidade de adicionar contatos elétricos extras ao grafeno. Gedik, o professor associado de física Lawrence C. e Sarah W. Biedenharn, diz que o método de medição que Frenzel implementou é uma "técnica legal. Normalmente, para medir a condutividade você tem que colocar cabos nele, "diz ele. Esta abordagem, por contraste, "não tem contato algum."

p Adicionalmente, os curtos pulsos de luz permitem que os pesquisadores mudem e revelem a resposta elétrica do grafeno em apenas um trilionésimo de segundo.

p Em uma descoberta surpreendente, a equipe descobriu que parte da redução da condutividade em alta concentração de elétrons deriva de uma característica única do grafeno:seus elétrons viajam a uma velocidade constante, semelhantes aos fótons, o que faz com que a condutividade diminua quando a temperatura do elétron aumenta sob a iluminação do pulso de laser. "Nosso experimento revela que a causa da fotocondutividade no grafeno é muito diferente daquela de um metal normal ou semicondutor, "Frenzel diz.

p Os pesquisadores dizem que o trabalho pode ajudar no desenvolvimento de novos detectores de luz com tempos de resposta ultrarrápidos e alta sensibilidade em uma ampla gama de frequências de luz, do infravermelho ao ultravioleta. Embora o material seja sensível a uma ampla gama de frequências, a porcentagem real de luz absorvida é pequena. A aplicação prática de tal detector exigiria, portanto, aumento da eficiência de absorção, como o uso de várias camadas de grafeno, Gedik diz.