Ein Team von Physikern der Universität Genf (UNIGE) hat ein gigantisches optisches Phänomen in Graphen gemessen. Dieses Material, dessen Entdeckung 2010 mit dem Nobelpreis für Physik ausgezeichnet wurde, besteht aus einer einzigen Schicht von Kohlenstoffatomen. Seine außergewöhnlichen Eigenschaften stehen im Mittelpunkt der weltweiten Forschung in so unterschiedlichen Disziplinen wie Technik, Biologie und Chemie und bergen ein großes Potenzial für zukünftige Anwendungen. Entgegen allen Erwartungen haben Forscher nun eine Lichtdrehung von sehr großer Amplitude im Kern von Graphen beobachtet. Diese Drehung macht das Material für neue optische Anwendungen nutzbar.
Im Wettlauf um die Miniaturisierung und Nanofertigung von elektronischen Bauteilen ist das Potenzial von Graphen den Herausforderungen der neuen Technologien gewachsen. Aufgrund seiner außergewöhnlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften besitzt das dünnste Material der Welt in der Tat erstaunliche Eigenschaften. Die außergewöhnlichste ist die Tatsache, dass in Graphen die Elektronen, die den elektrischen Strom erzeugen, bei ihrer Bewegung eine viel höhere Geschwindigkeit besitzen als in einem herkömmlichen Material, was insbesondere die Möglichkeit einer schnelleren Elektronik eröffnet. Graphen stellt somit eine äußerst vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Halbleitermaterialien dar.
Riesiger optischer Effekt in einem extrem dünnen Material
Forscher der Universität Genf haben die optische Polarisation von Infrarotlicht untersucht, das durch eine Graphenschicht dringt, wenn diese unter dem Einfluss eines Magneten steht. Die Polarisation ist eine wichtige Eigenschaft des Lichts, die insbesondere in den Filtern von Kameras, 3D-Kinobrillen, den Gläsern einiger Sonnenbrillen, die genau als "polarisierend" bezeichnet werden, oder auch in der optischen Kommunikation (Internet, Mobiltelefone...) zum Tragen kommt.
In einem herkömmlichen Material nimmt die Drehung der Polarisation mit der Dicke der Probe zu. Was passiert in Graphen, dessen Dicke der eines Atoms entspricht? Die durchgeführten Experimente zeigen, dass die Rotation gigantisch ist. Sie spiegelt in Wirklichkeit den besonderen Charakter der Graphenelektronen wider, die spezifisch mit den Lichtteilchen interagieren.
Auf dem Weg zu neuen Anwendungen
Mit dieser Entdeckung steht Graphen mehr denn je an der Spitze der Materialien der Zukunft. Die bahnbrechenden Ergebnisse dieser Studie machen es möglich, Graphen für verschiedene elektrooptische Anwendungen im Infrarotbereich zu verwenden, bei denen die Polarisation eine entscheidende Rolle spielt (ultraschnelle Laser). Denn im Gegensatz zu herkömmlichen Materialien können bei Graphen die Richtung und das Ausmaß der Polarisationsdrehung einfach und schnell umgekehrt werden. Diese Beobachtung einer Rotation mit großer Amplitude in einer einzigen Atomschicht wird die Miniaturisierung der derzeit verwendeten Geräte leicht machen.
