Un team di fisici dell’Università di Ginevra (UNIGE) ha misurato un gigantesco fenomeno ottico nel grafene. Questo materiale, la cui scoperta è stata premiata con il Premio Nobel per la Fisica 2010, è costituito da un singolo strato di atomi di carbonio. Le sue eccezionali proprietà sono al centro della ricerca mondiale in discipline diverse come l’ingegneria, la biologia e la chimica, con un grande potenziale per le applicazioni future. Ora, contrariamente a tutte le aspettative, i ricercatori hanno appena osservato una rotazione molto ampia della luce nel cuore del grafene, una rotazione che rende questo materiale utilizzabile in nuove applicazioni ottiche.
Nella corsa alla miniaturizzazione e alla nano-produzione di componenti elettronici, il potenziale del grafene è pari alle sfide poste dalle nuove tecnologie. Grazie alle sue straordinarie proprietà fisiche e chimiche, il materiale più sottile del mondo possiede alcune proprietà sorprendenti. La più eccezionale di queste è il fatto che, nel grafene, gli elettroni che generano la corrente elettrica si muovono a una velocità molto maggiore rispetto a un materiale convenzionale, rendendo l’elettronica più veloce una possibilità reale. Il grafene rappresenta quindi un’alternativa estremamente promettente ai materiali semiconduttori convenzionali.
Un gigantesco effetto ottico in un materiale estremamente sottile
I ricercatori dell’Università di Ginevra hanno studiato la polarizzazione ottica della luce infrarossa che attraversa uno strato di grafene sotto l’influenza di un magnete. La polarizzazione è una caratteristica importante della luce, utilizzata nei filtri delle macchine fotografiche, negli occhiali cinematografici 3D, nelle lenti di alcuni occhiali da sole, note come lenti "polarizzanti", e nelle comunicazioni ottiche (Internet, telefoni cellulari, ecc.).
In un materiale convenzionale, la rotazione della polarizzazione aumenta con lo spessore del campione. Cosa succede nel grafene, che ha lo spessore di un atomo? Gli esperimenti condotti mostrano che la rotazione è gigantesca. Infatti, riflette la natura speciale degli elettroni nel grafene, che interagiscono in modo specifico con le particelle di luce.
Verso nuove applicazioni
Con questa scoperta, il grafene è più che mai in prima linea tra i materiali del futuro. I risultati innovativi di questo studio permettono di ipotizzare l’utilizzo del grafene per varie applicazioni elettro-ottiche nella gamma dell’infrarosso, applicazioni in cui la polarizzazione gioca un ruolo cruciale (laser ultraveloci). A differenza dei materiali convenzionali, nel grafene la direzione e l’ampiezza della rotazione della polarizzazione possono essere facilmente e rapidamente invertite. L’osservazione di una rotazione ad alta ampiezza in un singolo strato atomico renderà facile la miniaturizzazione dei dispositivi attualmente in uso.
