I ricercatori del progetto Graphene Flagship hanno mostrato per la prima volta una rivoluzionaria proprietà del grafene: la capacità di generare luce alla terza armonica ottica con efficienza controllabile elettricamente. Questa scoperta sarà alla base dello sviluppo di dispositivi ottici miniaturizzati che sfruttino frequenze ottiche precedentemente inutilizzate per trasmettere su banda larga una impressionante quantità di dati in modo estremamente veloce.
La ricerca, condotta dal Politecnico di Milano in collaborazione con l'University of Cambridge e l'Istituto Italiano di Tecnologia è stata pubblicata su Nature Nanotechnology.
"Il grafene è un materiale che non finisce mai di sorprenderci, mostrando proprietà straordinarie in ogni campo di applicazione" commenta il Prof. Giulio Cerullo del Dipartimento di Fisica del Politecnico "questo studio ha mostrato la capacità del grafene di accendersi a comando, generando luce di nuovi colori con una efficienza controllata elettricamente".
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"Il progetto Graphene Flagship ha fatto un ingente investimento nello studio delle proprietà ottiche del grafene" aggiunge il Prof. Andrea Ferrari dell'Università di Cambridge. "Questo importante risultato potrebbe portare a nuovi dispositivi per le comunicazioni ottiche che lavorano su un amplissimo intervallo di frequenze, consentendo l'elaborazione e la trasmissione di una grandissima quantità di informazione".
La generazione di armoniche ottiche è un processo ottico nonlineare che crea nuovi colori quando luce laser di elevata intensità interagisce con un materiale. In particolare, la generazione di terza armonica produce luce la cui frequenza è il triplo di quella della luce incidente, quindi a partire dalla luce infrarossa invisibile può produrre una intensa luce visibile.
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Il grafene, nonostante sia il materiale più sottile esistente perché ha lo spessore di un solo strato di atomi, ha una risposta ottica nonlineare sorprendentemente elevata. I partner del progetto Graphene Flagship hanno dimostrato per la prima volta che il processo di generazione di terza armonica in grafene può essere controllato in maniera molto efficace mediante l'applicazione di un campo elettrico esterno. In altre parole, la luce di colore visibile generata dal grafene può essere accesa o spenta in modo molto semplice tramite una tensione applicata al materiale. Proprietà questa unica del grafene.
I processi ottici nonlineari trovano numerose applicazioni pratiche nelle tecnologie laser, nella lavorazione dei materiali e nelle telecomunicazioni. Infine, il processo di generazione di armoniche renderà possibile la produzione di luce di nuovi colori da usare in spettroscopia, consentendo ai ricercatori di acquisire una nuova comprensione della materia.
Il Graphene Flagship è stato lanciato dall'Unione Europea nel 2013 come la più grande iniziativa di ricerca di sempre. Con un budget di 1 miliardo di euro rappresenta una nuova forma di iniziativa congiunta e coordinata di ricerca su una scala senza precedenti.
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L'obiettivo generale è quello di portare, nell'arco di un decennio, il grafene e i materiali bidimensionali dai laboratori accademici ad avere un impatto sull'industria e la società europea, facilitando la crescita economica e creando nuovi posti di lavoro. Attraverso un consorzio accademico-industriale composto da oltre 150 partner in oltre 20 paesi europei, lo sforzo di ricerca copre l'intera catena del valore, dalla produzione di materiali ai componenti e all'integrazione di sistemi, e si rivolge a una serie di obiettivi specifici che sfruttano le proprietà uniche del grafene e dei materiali bidimensionali.