O grafeno é o material mais fino já produzido, com a espessura de uma única camada atômica. Mais fino que um bilionésimo de metro, é capaz de absorver eficientemente a luz do visível ao infravermelho através da fotoexcitação de seus portadores de carga. Após a absorção da luz, seus portadores de carga fotoexcitados resfriam até o estado de equilíbrio inicial em alguns picossegundos, correspondendo a um milionésimo de milionésimo de segundo. A notável velocidade desse processo de relaxamento torna o grafeno particularmente promissor para uma série de aplicações tecnológicas, incluindo detectores de luz, fontes e moduladores.
Um estudo recente publicado no ACS Nano mostrou que o tempo de relaxação de portadores de carga de grafeno pode ser significativamente modificado pela aplicação de um campo elétrico externo. A pesquisa foi concebida dentro de uma colaboração internacional entre o CNR-IFN, Politecnico di Milano, a Universidade de Pisa, o Graphene Centre de Cambridge (Reino Unido) e o ICN2 de Barcelona (Espanha).

"A mudança no tempo de relaxamento dos portadores de carga no grafeno que observamos demonstra um nível sem precedentes de controle sobre a resposta óptica de um cristal e permite obter uma grande variedade de comportamentos usando um único material", diz Eva Pogna, pesquisada da CNR-IFN, primeiro autor do trabalho.

Este trabalho abre caminho para o desenvolvimento de dispositivos que exploram o controle do tempo de relaxação de portadores de carga para suportar novas funcionalidades. Por exemplo, se o grafeno for usado como absorvedor saturável em uma cavidade de laser para gerar pulsos de luz ultracurtos, alterando o tempo de relaxamento dos portadores de carga, podemos controlar a duração dos pulsos de saída.

"O dispositivo específico que usamos para estudar o grafeno provou ser crucial para observar a forte sintonização de suas propriedades ópticas com o campo elétrico externo, permitindo alterar o número de portadores de carga em uma ampla faixa explorando o gating de líquido iônico, que é uma tecnologia de ponta introduzida para estudar supercondutores", explica Andrea Ferrari, diretora do Graphene Center em Cambridge.

O dispositivo baseado em grafeno foi estudado por espectroscopia ultrarrápida, que permitiu monitorar a variação do tempo de relaxação dos portadores de carga.

"Este trabalho representa o último passo de uma colaboração de pesquisa de longa data dedicada ao estudo da dinâmica de portadora ultrarrápida em grafeno, com o objetivo de explorar o grande potencial deste material fascinante", acrescentou Klaas-Jan Tielrooij, líder da Ultrafast Dynamics no grupo Nanoscale Systems na ICN2.

"Esta descoberta é de grande interesse para uma série de aplicações tecnológicas, que vão desde fotônica, para fontes de laser pulsado ou limitadores ópticos que evitam danos a componentes ópticos, até telecomunicações, para detectores e moduladores ultrarrápidos", conclui Giulio Cerullo, professor do Departamento de Física da Politécnico de Milão. + Explorar mais

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