p Do rádio à televisão e à internet, as transmissões de telecomunicações são simplesmente informações transportadas por ondas de luz e convertidas em sinais elétricos. p As fibras ópticas à base de silício são atualmente as melhores estruturas para alta velocidade, transmissões de longa distância, mas grafeno - um todo-carbono, material ultrafino e adaptável - pode melhorar ainda mais o desempenho.

p Em um estudo publicado em 16 de abril em ACS Photonics , Os pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison fabricaram o grafeno nas menores estruturas de fita até hoje, usando um método que simplifica o aumento de escala. Em testes com essas pequenas fitas, os cientistas descobriram que estavam se aproximando das propriedades de que precisavam para levar o grafeno à utilidade em equipamentos de telecomunicações.

p "Pesquisas anteriores sugeriram que para ser viável para tecnologias de telecomunicações, o grafeno precisaria ser estruturado proibitivamente pequeno em grandes áreas, (que é) um pesadelo de fabricação, "diz Joel Siegel, um estudante de graduação da UW-Madison no grupo do professor de física Victor Brar e co-autor do estudo. "Em nosso estudo, criamos uma técnica de fabricação escalonável para fazer as menores estruturas de fita de grafeno até agora e descobrimos que, com reduções adicionais modestas na largura da fita, podemos começar a chegar ao alcance das telecomunicações. "

p O grafeno é aclamado como um material maravilhoso para tecnologias como telecomunicações ou células solares porque é fácil de trabalhar, é relativamente barato, e tem propriedades físicas únicas, como ser isolante e condutor de eletricidade.

p Se modificado para interagir com luz de alta energia, o grafeno pode ser usado para modular os sinais de telecomunicações em velocidades extremamente rápidas. Por exemplo, pode ser usado para bloquear frequências de comunicação indesejadas.

p Uma maneira de melhorar o desempenho do grafeno é cortá-lo em microscópico, estruturas de fita em escala nanométrica, que atuam como minúsculas antenas que interagem com a luz. Quanto menor a antena, as energias superiores de luz com as quais ele interage. Ele também pode ser "ajustado" para interagir com várias energias de luz quando um campo elétrico é aplicado, ampliando ainda mais seu desempenho.

p Os pesquisadores, incluindo equipes lideradas pelos professores de engenharia e ciência de materiais da UW-Madison, Michael Arnold e Padma Gopalan, primeiro queria fazer um dispositivo de fitas de grafeno que fossem mais estreitas do que qualquer coisa feita até então. Ao construir polímeros em forma de fita sobre o grafeno e, em seguida, remover parte do material circundante, foram deixados desenhados com precisão, fitas impossivelmente finas de grafeno.

p "É muito útil porque não existem boas técnicas de fabricação para chegar ao tamanho do recurso que fizemos, 12 nanômetros de largura em uma grande área, "Diz Siegel." E não há diferença entre padronizar na escala centimétrica com que estamos trabalhando aqui e bolachas gigantes de seis polegadas úteis para aplicações industriais. É muito fácil de aumentar. "

p Com os dispositivos fabricados, os pesquisadores puderam então testar como as fitas interagiam com a luz e quão bem elas podiam controlar essa interação.

p Em conjunto com o grupo de Mikhail Kats, professor de engenharia elétrica e de computação da UW-Madison, eles projetaram diferentes comprimentos de onda de luz infravermelha nas estruturas e identificaram o comprimento de onda onde as fitas e a luz interagiam com mais força, conhecido como comprimento de onda ressonante.

p Eles descobriram que, à medida que a largura da fita diminui, o mesmo acontece com o comprimento de onda ressonante da luz. Comprimentos de onda mais baixos significam energias mais altas, e seus dispositivos interagiram com as energias mais altas medidas até o momento para o grafeno estruturado.

p Os pesquisadores também foram capazes de ajustar as fitas, aumentando a intensidade do campo elétrico aplicado às estruturas, reduzindo ainda mais o comprimento de onda ressonante das estruturas. Os pesquisadores determinaram que uma estrutura tem a flexibilidade esperada necessária para as aplicações de tecnologia que pretendiam alcançar.

p Eles então compararam seus dados experimentais aos comportamentos previstos do grafeno estruturado em três larguras de fitas diferentes e três intensidades de campo elétrico. As fitas mais largas que os pesquisadores criaram corresponderam intimamente aos comportamentos previstos.

p Mas para fitas mais estreitas, eles viram um chamado blueshift, ou uma mudança para energias superiores ao esperado. O blueshift pode ser explicado pelo fato de que os elétrons nas fitas menores seriam mais propensos a interagir - e se repelir - uns aos outros.

p "O blueshift que observamos indica que os comprimentos de onda das telecomunicações podem ser alcançados com estruturas muito maiores do que o esperado anteriormente - cerca de 8 a 10 nanômetros - que é apenas marginalmente menor do que as estruturas de 12 nanômetros que criamos, "Siegel diz.

p Com a meta de 8 a 10 nanômetros muito mais próxima do que o esperado, os pesquisadores agora estão tentando ajustar seus métodos de fabricação para tornar as fitas ainda mais estreitas. Essas novas nanoestruturas de grafeno também permitirão explorações na física fundamental das interações luz-matéria, pesquisa que Siegel e seus colegas estão desenvolvendo atualmente.