I ricercatori dell'Università di Notre Dame in Indiana hanno scoperto un'altra delle molteplici proprietà del grafene, utile per controllare una porzione relativamente ribelle dello spettro elettromagnetico: la frequenza terahertz. Le radiazioni terahertz sono particolarmente importanti per le opportunità che offrono nel campo delle comunicazioni, nel settore medico e nella ricerca di prodotti chimici.
Le onde terahertz sono notoriamente difficili da produrre, rilevare e modulare perché si trovano a cavallo fra la frequenza più alta delle onde radio e quella più bassa della luce a raggi infrarossi, e attualmente non sono disponibili strumenti adeguati in grado di sfruttarle.
La frequenza terahertz potrebbe essere impiegata nelle telecomunicazioni o nella ricerca di prodotti chimici
In particolare, quello che interessa agli sviluppatori è la modulazione di queste onde, perché variandone l'altezza si possono ottenere informazioni importanti che possono essere sfruttate in applicazioni come la creazione di sensori chimici e biologici. All'atto pratico le radiazioni terahertz potrebbero, per esempio, essere utilizzate negli aeroporti per rilevare oggetti come armi nascoste ed esplosivi.
Alcune delle tecnologie più promettenti finora messe a punto sfruttando i terahertz si basano su semiconduttori fabbricati con piccoli transistor che riescono a modulare un segnale terahertz a temperatura ambiente, con grandi vantaggi rispetto alle tecnologie precedenti, che richiedevano invece temperature estremamente basse.
Le radiazioni terahertz potrebbero essere utili per identificare armi o esplosivi nascosti perché oltrepassano vestiti e bagagli - Clicca per ingrandire
Sfortunatamente anche questa soluzione non è sufficiente, perché i dispositivi deputati a sintonizzare il segnale terahertz si basano su un sottile strato di metallo chiamato "metal gate", che riduce la significativamente la forza del segnale e limita quanto segnale può essere modulato fino al 30 percento.
Stando a quanto pubblicato dalla rivista scientifica Applied Physics Letters, i ricercatori dell'Indiana hanno sostituito il metal gate con un singolo strato di grafene, verificando che così facendo il campo di modulazione può essere ampliato fino a superare il 90 percento della capacità . Per controllare la modulazione del segnale, infine, basterebbe applicare una tensione tra il grafene e dei semiconduttori. Lo spessore dello strato di grafene è pari a quello di un atomo di carbonio, ma è molto resistente, oltre ad essere un eccellente isolante termico e un conduttore di elettricità .
Le strisce di grafene realizzate dai ricercatori californiani
I ricercatori della Notre Dame non sono gli unici a lavorare sul controllo delle radiazioni terahertz: altri due gruppi di ricercatori statunitensi che lavorano al Lawrence Berkeley National Laboratory presso l'università di Berkeley in California hanno pubblicato l'esito del loro lavoro sulla rivista scientifica Nature Nanotechnology. Anche in questo caso è stato impiegato il grafene per cercare di modulare le frequenze terahertz, ma con un approccio differente.
Il grafene è stato tagliato in strisce sottili, disposte in array molto stretti che sono stati battezzati "nanoribbons". La modulazione delle onde terahertz generata dall'array può essere regolata variando la larghezza delle strisce di grafene e il numero degli elettroni presenti nelle strutture realizzate in questo modo. In sostanza, cambiando questi due parametri i ricercatori sono stati capaci di controllare le oscillazioni collettive degli elettroni (plasmoni) nelle strisce di grafene.