Forscher verwenden Graphen, um das Licht auf die Ein-Atom-Grenze zu beschränken

Graphen von vielen als Supermaterial angekündigt, hat bereits viele Durchbrüche in der Wissenschaft gebracht. Jetzt haben Forscher des Instituts für Photonische Wissenschaften ICFO in Barcelona in Zusammenarbeit mit einem Team des Graphen-Flaggschiffs a veröffentlicht. Studie in dem sie erklären, wie sie es geschafft haben, das Licht auf nur ein Atom zu reduzieren.

Ihr in Science veröffentlichter Artikel beschreibt, wie sie Graphen zur Begrenzung des Lichts verwendeten. Die Entdeckung wird Türen für das Design ultrakleiner optischer Sensoren, Detektoren und Schalter öffnen. Die Entdeckung erfolgt nach jahrelangen Versuchen, Metalle zum Schrumpfen zu verwendenLicht.

Graphen-Flaggschiff-Forscher erreichen die ultimative Lichtbegrenzung - den Raum eines Atoms, der den Weg zu ultrakleinen optischen Schaltern, Detektoren und Sensoren ebnet. #graphen #Licht @ICFOnians @UMinho_Oficial https://t.co/bIBkAIdKUm pic.twitter.com/kpjJKCi9bj

- Graphen-Flaggschiff @GrapheneCA 20. April 2018

Graphen ermöglichte Durchbruch

Graphen überwindet die zuvor aufgetretenen Probleme. „Graphen überrascht uns immer wieder: Niemand hat gedacht, dass es möglich wäre, das Licht auf die Ein-Atom-Grenze zu beschränken.“ erklärt Professor Frank Koppens, der die Forschung am ICFO leitete. "Es wird eine völlig neue Reihe von Anwendungen eröffnen, wie optische Kommunikation und Sensorik in einem Maßstab unter einem Nanometer."

„Graphen überrascht uns immer wieder: Niemand hat gedacht, dass es möglich ist, das Licht auf die Ein-Atom-Grenze zu beschränken.“

Und während Graphen den Wissenschaftler weiterhin überrascht, scheint auch die Entdeckung eine Überraschung zu sein. "Zuerst suchten wir nach einem neuen Weg, um Graphenplasmonen anzuregen." sagt David Alcaraz Iranzo, Hauptautor des Papiers von ICFO. „Unterwegs stellten wir fest, dass der Einschluss stärker als zuvor und die zusätzlichen Verluste minimal waren. Deshalb beschlossen wir, mit überraschenden Ergebnissen an die Ein-Atom-Grenze zu gehen.“

Wissenschaftler machen Entdeckung zufällig

Das Team schaffte den phänomenalen Durchbruch, indem es Stapel zweidimensionaler Materialien, sogenannte Heterostrukturen, verwendete, um eine nanooptische Vorrichtung aufzubauen. Die Forscher verwendeten dann eine Graphenmonoschicht, auf der sie eine hexagonale Bornitridmonoschicht als Isolator hinzufügtenSie stapelten weiter und fügten als nächstes eine Reihe von Metallstäben hinzu.

Graphen wurde aufgrund seiner lichtleitenden Eigenschaften dank seiner als Plasmonen bekannten oszillierenden Elektronen verwendet. Die erste Untersuchung bestand darin, zu sehen, wie sich Plasmonen zwischen Metall und Graphen ausbreiten. überraschende Entdeckung kam, nachdem die Wissenschaftler beschlossen hatten, die Lücke zwischen Metall und Graphen zu verkleinern, um zu sehen, ob Energie verloren gehen würde, wenn sie das Licht einschränken würden.

Graphen zur Verwendung in biomedizinischen Anwendungen wird ausführlich untersucht und Tests zeigen vielversprechende Ergebnisse. In diesem Video erklären wir, wie Graphen zur Verbesserung des Lebens von Menschen verwendet werden kann.
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- Fac. Biociències UAB @Biociencies_UAB 23. April 2018

Winzige Geräte noch einige Zeit entfernt

Sie entdeckten, dass durch die Verwendung einer hexagonalen Bornitrid-Monoschicht als Spacer die Graphenplasmonen immer noch aktiviert waren und sich frei ausbreiten konnten, selbst wenn sie auf einen Raum von nur einem Atom Dicke beschränkt waren.

„Das Erreichen der endgültigen Grenze des Lichteinschlusses kann zu neuen Geräten mit beispiellosen kleinen Abmessungen führen.“

"Die beeindruckenden Ergebnisse in diesem Artikel sind ein Beweis für die Relevanz der Flaggschiff-Arbeit für die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse." erklärt Professor Andrea C Ferrari, Wissenschafts- und Technologiebeauftragter bei Graphene Flagship: „Das Erreichen der endgültigen Grenze der Lichtbeschränkung könnte zu neuen Geräten mit beispiellosen kleinen Abmessungen führen."

Während es einige Zeit dauern kann, bis wir die Anwendungen dieser Forschung in Konsumgütern sehen, ist dieser Durchbruch in Zukunft nur ein weiterer Schritt näher an dünnere, leichtere und kleinere Laufwerke.

Wissenschaft mit Graphen freigeschaltet

Graphen ist das erste 2D-Material. Es hat viele einzigartige Eigenschaften, die für die wissenschaftliche Forschung genutzt werden können. Seit seiner Entdeckung im Jahr 2004 sind viele Durchbrüche in der Wissenschaft eingetreten. Seine beiden Erfinder Prof Andre Geim und Prof Kostya Novoselov . wurden 2010 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet.