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Grafene più efficiente per un’Internet superveloce

Internet ad altissima velocità grazie al grafene. Un team di scienziati britannici, composto dai premi Nobel Andre Geim e Kostya Novoselov, ha trovato un modo per usare questo materiale per catturare e convertire molta più luce rispetto a quanto è oggi possibile, a tutto vantaggio delle interconnessioni ottiche e in particolare dei fotorilevatori.

Combinando il grafene con nanostrutture metalliche, i ricercatori hanno aumentato di 20 volte la quantità di luce che il grafene può raccogliere e convertire in energia elettrica. Il grafene, lo ricordiamo, è uno strato di atomi di carbonio altamente legati e disposti in ordine esagonale. 

Grazie a specifiche proprietà elettriche (gli elettroni si muovono più rapidamente), è considerato il materiale chiave per l’elettronica di consumo di prossima generazione e non solo. Precedenti ricerche hanno dimostrato che il grafene si può usare per creare un’elementare cella solare. Se due fili metallici ravvicinati vengono messi sopra il grafene e una luce irradia la struttura, il grafene genera una tensione elettrica.

Fino a oggi il principale ostacolo ad applicazioni pratiche è stata la scarsa efficienza di queste celle. Il problema è che il grafene assorbe poca luce – solo il 3% – mentre il restante 97% vi passa attraverso senza contribuire all’energia elettrica.

Grazie alla collaborazione tra l’Università di Manchester e Cambridge, il team di Novoselov ha scoperto come risolvere questo problema, ossia combinando il grafene con piccole strutture metalliche conosciute come nanostrutture plasmoniche, disposte appositamente sulla parte superiore del grafene.
In questo modo la luce raccolta dal grafene sale fino a 20 volte senza influire sulla velocità del materiale. Secondo i ricercatori l’efficienza potrebbe essere ulteriormente migliorata, a causa di una concentrazione del campo efficiente nell’area di una giunzione p-n. Inoltre, la lunghezza d’onda e la polarizzazione selettiva può essere ottenuta attraverso nanostrutture con differenti geometrie.

“Ci aspettavamo che le nanostrutture plasmoniche potessero migliorare l’efficienza dei dispositivi al grafene ma è stata una piacevole sorpresa rilevare che i miglioramenti possono essere tanto elevati”, ha dichiarato Alexander Grigorenko, esperto di plasmonica e un membro di spicco del team. “Il grafene sembra un compagno naturale per la plasmonica”.

Andrea Ferrari del dipartimento d’ingegneria di Cambridge University, altro componente del team, ha dichiarato che i risultati mostrano il grande potenziale del grafene per la fotonica e lo sviluppo di dispositivi elettronici che incanalano e controllano luce. La combinazione delle sue particolari proprietà ottiche ed elettroniche con nanostrutture plasmoniche potrebbero essere sfruttata appieno, persino in assenza di una bandgap (banda proibita), in diversi utili dispositivi, come celle solari e fotorilevatori.