Há aproximadamente um ano, um grupo de pesquisadores do Instituto de Ciências fotónicas de Barcelona (ICFO) mostrou indiretamente que o grafeno é capaz de transformar um único fotão em múltiplos eletrões; isto é, que poderia ser altamente eficaz para a transformação da luz em eletricidade. Agora, um grupo de cientistas da Escola Politécnica Federal de Lausana (EPFL) conseguiu demonstrar como se produz este fenómeno. O trabalho, que já foi publicado na revista Nano Letters, abre a possibilidade de criar uma nova geração de dispositivos fotovoltaicos muito avançados com este material.
Imagem cortesia da ICFO.
Os cientistas sabiam que quando o grafeno absorvia um fotão, gerava múltiplos eletrões com energia suficiente para conduzir uma corrente elétrica. O impasse enfrentado pelos cientistas era que este fenómeno de conversão dos fotões em eletricidade ocorre com tamanha velocidade que as técnicas convencionais não podiam detetá-lo. A novidade agora é que uma equipa formada por cientistas de várias universidades (a EPFL da Suíça, a Aarhus da Dinamarca e o Centro Elettra da Itália), desenvolveram um novo método de espetroscopia denominado “de fotoemissão em tempo ultrarrápido e com resolução de ângulo” (trARPES) que agora o permite.
A demonstração com esta técnica avançada de espetroscopia foi realizada no laboratório Rutherford Appleton de Oxford (Inglaterra). Para poder capturar o processo de conversão, os pesquisadores introduziram uma pequena mostra de grafeno numa câmera de alto ultra vazio (UHV) e a submeteram ao impacto de um pulso “bomba” ultrarrápido de luz laser com o propósito de excitar os eletrões e levá-los a estados de energia mais elevados nos que podem conduzir uma corrente elétrica. Então golpearam o grafeno com um pulso sonda temporizado que fotografa a energia que cada eletrão apresenta num momento determinado. As fotografias foram feitas uma e outra vez criando uma espécie de filme de animação que abarca todo o processo de conversão.
Controlo do fluxo de energia nas telecomunicações
Assim como os fotões são quantificações (quantos) de ondas eletromagnéticas e mecânicas, o plasmão é a quasipartícula resultante da quantificação das oscilações do plasma. Assim sendo, há alguns dias, cientistas do ICFO, do MIT, do CNRS, CNISM e Graphanea demonstraram que é possível o controlo elétrico do fluxo de energia de iões de érbio aos fotões e plasmões mediante a simples aplicação de uma voltagem elétrica. Os iões de érbio emitem luz a uma longitude de onda de 1,5 mm, longitude conhecida como a terceira janela de telecomunicações (muito importante nas telecomunicações óticas porque é uma região na que se produz pouca perda de energia, o que favorece a transmissão de informações), que se utiliza nos amplificadores de fibra ótica.
A estrutura cristalina ideal do grafeno é hexagonal. Autor imagem: AlexanderAlUS via Wikimedia Commons.
Poder controlar a modulação elétrica da emissão de fotões nas comunicações óticas e em dispositivos emissores de luz como os lasers, sensores ou ecrãs é um facto relevante que supõe a possibilidade de criar novos nanodispositivos fotónicos baseados na plasmônica ativa.
O pesquisador do ICFO Frank Koppens comentou que este trabalho “demonstra que, graças às propriedades optoeletrónicas do grafeno, é possível o controlo elétrico eficaz da luz a escalas nanométricas“. Os resultados da investigação podem possibilitar uma nova geração de nano-sensores com aplicações em diversas áreas como a das biomoléculas, as células solares e os detetores de luz, assim como no processamento de informação quântica.
O estudo, publicado na revista Nature Physics, foi financiado por Flagship Grafeno da Comissão Europeia, o programa NWO Rubicon, a Fundació Privada Cellex Barcelona, e os programas ERC e MIT MISTI-España.
Mais artigos sobre o grafeno neste blog:
O Grafeno, um material que vai mudar o nosso mundo
Fontes:
http://graphene-flagship.eu/?news=graphene-enables-electrical-control-of-energy-flow-from-light-emitters
http://www.graphenano.com/#services
http://graphene.icfo.eu/news/76/graphene-enables-all-electrical-control-of-energy-flow-from-light-emitters
