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Una rete superveloce a portata di mano

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Cosa si può ottenere combinando il grafene con nanostrutture metalliche? Un nuovo studio britannico mostra che si può ottenere un migliore assorbimento della luce da parte del grafene, e questo potrebbe portare a una rete Internet superveloce. Lo studio, pubblicato nella rivista Nature Communications, è stato in parte finanziato da tre progetti UE: RODIN, GRAPHENE e NANOPOTS. RODIN ("Suspended graphene nanostructures") è supportato nell'ambito del tema "Nanoscienze, nanotecnologie, materiali e nuovi processi di produzione" (NMP) del Settimo programma quadro (7° PQ) con 2,85 milioni di euro. I progetti GRAPHENE ("Physics and applications of graphene") e NANOPOTS ("Nanotube based polymer optoelectronics") hanno ricevuto degli Starting Grant del Consiglio europeo della ricerca del valore rispettivamente di 1,78 e di 1,8 milioni di euro.

Un team di scienziati delle Università di Manchester e Cambridge nel Regno Unito, tra cui i professori Andre Geim e Kostya Novoselov vincitori del premio Nobel, ha messo assieme le tessere del puzzle che potrebbe migliorare le caratteristiche dei dispositivi al grafene al fine di usarli come rilevatori di luce in future comunicazioni ottiche ad alta velocità.

La combinazione del grafene con nanostrutture metalliche ha innescato un enorme miglioramento della capacità del grafene di assorbire la luce senza perdere velocità. Questo non solo renderebbe più veloce Internet, ma fornirebbe un impulso anche agli altri mezzi di comunicazione. Una caratteristica chiave dei dispositivi al grafene è che sono molto veloci, superiori agli attuali cavi Internet.

Gli scienziati hanno posizionato due fili metallici a distanza ravvicinata sul grafene e hanno illuminato questa struttura. Questa azione ha aiutato a generare corrente elettrica. Secondo loro, questo semplice dispositivo presenta una cella solare elementare.

La sfida più grande per i ricercatori è stata quella di gestire la bassa efficienza. Il grafene è il materiale più sottile in tutto il mondo e assorbe solo il 3% della luce. Quindi la restante luce lo attraversa senza contribuire alla corrente elettrica. Per ottenere i risultati desiderati, il team ha combinato il grafene con minuscole strutture metalliche disposte sopra di esso.

Le nanostrutture plasmoniche hanno aiutato il progresso del campo elettrico ottico avvertito dal grafene e hanno concentrato la luce nello strato di carbonio, che ha lo spessore di un atomo.

"Il grafene sembra il compagno naturale delle strutture plasmoniche," dice il dott. Alexander Grigorenko di Manchester. "Noi ci aspettavamo che le nanostrutture plasmoniche potessero migliorare l'efficienza dei dispositivi basati sul grafene, ma il fatto che i miglioramenti potessero essere così marcati è stata una piacevole sorpresa."

Da parte sua, il professor Novoselov, anche lui dell'Università di Manchester, dice: "La tecnologia della produzione del grafene matura giorno per giorno e ciò ha un impatto immediato sia sul tipo di eccitanti proprietà fisiche che noi troviamo in questo materiale che sulla fattibilità e sulla gamma delle possibili applicazioni. Molte importanti aziende nel campo dell'elettronica prendono in considerazione il grafene per la prossima generazione di dispositivi. Questo lavoro certamente aumenta ancora di più le possibilità del grafene."

Commentando le scoperte, il professor Andrea Ferrari di Cambridge dice: "Finora, l'interesse della ricerca sul grafene era concentrato sulla fisica fondamentale e sui dispositivi elettronici. Questi risultati mostrano il suo grande potenziale nei campi della fotonica e della optoelettronica, dove la combinazione delle sue eccezionali proprietà ottiche ed elettroniche con le nanostrutture plasmoniche può essere sfruttata a fondo, persino in assenza di banda proibita, in una varietà di utili dispositivi come le celle solari e i rilevatori di luce."
 

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