p Todos os dispositivos eletrônicos consistem em bilhões de transistores, o principal bloco de construção inventado no Bell Labs no final dos anos 1940. Os primeiros transistores tinham até um centímetro, mas agora mede cerca de 14 nanômetros. Também tem havido uma corrida para reduzir ainda mais os dispositivos que controlam e orientam a luz. A luz pode funcionar como um canal de comunicação ultrarrápido, por exemplo, entre as diferentes seções de um chip de computador, mas também pode ser usado para sensores ultrassensíveis ou novos lasers em nanoescala no chip. p Novas técnicas surgiram para confinar a luz em espaços extremamente pequenos, milhões de vezes menor que os atuais. Os pesquisadores descobriram anteriormente que os metais podem comprimir a luz abaixo da escala de comprimento de onda (limite de difração), mas mais confinamento sempre viria com o custo de mais perdas de energia. Este paradigma foi agora alterado com o uso do grafeno.

p Em um estudo recente publicado em Ciência , Os pesquisadores do ICFO agora confinaram a luz a um espaço de dimensão de um átomo, o menor confinamento possível. O trabalho foi liderado pelo ICREA Prof do ICFO Frank Koppens e realizado por David Alcaraz, Sebastien Nanot, Itai Epstein, Dmitri Efetov, Mark Lundeberg, Romain Parret, e Johann Osmond do ICFO, e actuou em colaboração com a Universidade do Minho (Portugal) e o MIT (EUA).

p A equipe de pesquisadores usou pilhas (heteroestruturas) de materiais 2-D, e construiu um dispositivo nano-óptico completamente novo, como se fosse Lego em escala atômica. Eles pegaram uma monocamada de grafeno (semimetal), e empilhado sobre ele uma monocamada (isolante) de nitreto de boro hexagonal (hBN), e em cima disso havia uma série de hastes metálicas. Eles usaram o grafeno porque este material é capaz de guiar a luz na forma de "plasmons", que são oscilações dos elétrons, interagindo fortemente com a luz.

p Eles enviaram luz infravermelha através de seus dispositivos e observaram como os plasmons se propagavam entre o metal e o grafeno. Para chegar ao menor espaço concebível, eles decidiram reduzir ao máximo a lacuna entre o metal e o grafeno para ver se o confinamento da luz permanecia eficiente, por exemplo. sem perdas adicionais de energia. Surpreendentemente, eles viram que mesmo quando uma monocamada de hBN foi usada como espaçador, os plasmons ainda estavam excitados com a luz, e poderia se propagar livremente enquanto estava confinado a um canal de apenas um átomo de espessura. Eles conseguiram ligar e desligar essa propagação de plasmon, simplesmente aplicando uma voltagem elétrica, demonstrando o controle da luz guiada em canais menores que um nanômetro de altura.

p Os resultados desta descoberta permitem um mundo completamente novo de dispositivos optoeletrônicos com apenas um nanômetro de espessura, como interruptores óticos ultrapequenos, detectores e sensores. Devido à mudança de paradigma no confinamento do campo óptico, agora podem ser exploradas interações extremas de luz-matéria que não eram acessíveis antes. O que é realmente empolgante é que a lego-caixa de ferramentas em escala atômica de materiais 2-D agora também provou ser aplicável a muitos tipos de dispositivos de materiais completamente novos, onde tanto a luz quanto os elétrons podem ser controlados até mesmo na escala de um nanômetro.