A szénatomok mindössze egyetlen rétegéből álló grafént 2004-ben fedezte fel a Manchesteri Egyetemen Andre Geim és Kostya Novoselov, akik 2010-ben Nobel-díjban részesültek kutatásaikért.
Ez a világ legvékonyabb elektromosságot vezető anyaga, amely kiváló vezetőképességét annak köszönheti, hogy a szénatomok közti kötésekben részt nem vevő elektronokon az összes atom osztozik.
Andre Geim és Kostya Novoselov a Cambridge-i Egyetem kutatóival együttműködve most a grafént fém nanoszerkezettel ötvözte, és ezáltal meghússzorozta a grafén által hasznosított fény mennyiségét.
Korábbi kísérletek során bebizonyosodott, hogy amikor a grafénre két szoros közelségben lévő fémvezetéket helyeztek és fénnyel sugároztak be, elektromos áram keletkezett: az egyszerű eszköz elemi fotovoltaikus – áramtermelő – rendszerként működött.
Ami sokkal lényegesebb, hogy a grafén alapú észközök a jelenleginél több tízszer, vagy akár százszor gyorsabb kommunikációt tesznek lehetővé, mint a legnagyobb sebességű internetes kábelek, köszönhetően a grafénben található szabad elektronok rendkívüli mobilitásának és sebességének.
Az ígéretes eszközök gyakorlati elterjedését legfőképp alacsony hatékonyságuk gátolta, az hogy a grafén a ráeső fénynek mindössze 3 százalékát képes hasznosítani, árammá alakítani, a “fennmaradó” 97 százalék elvész.
Andre Geim és Kostya Novoselov a Cambridge-i Egyetem kutatóival a problémát a grafénre helyezett úgynevezett plazmonikus nanoszerkezet segítségével oldották meg, amelyek hatékonyan koncentrálták a fényt a szénatomok egyetlen rétegéből álló anyagra, és ezáltal drámaian megnövelték a grafén táplálta elektromos teret.
A megoldásnak köszönhetően a korábbi hússzorosára növekedett a grafénalapú fénydetektor hatékonysága, anélkül, hogy csökkent volna a vezetési sebesség. Amint a kutatók rámutatnak, a grafén alapú eszközök hatékonysága tovább növelhető.
A plazmonika az “új típusú fény” tudománya.
Fény segítségével egy fém felületén lévő úgynevezett vezetési elektronokat hullámszerű mozgásra lehet kényszeríteni, amelyben sűrűsödések és ritkulások váltják egymást – ezek a felületi plazmonok, amelyek hullámhossza rövidebb a gerjesztő fény hullámhosszánál.
Míg a fény hullámhossza határt szab az optikai rendszerek felbontóképességének, hiszen ha két pont közelebb van egymáshoz, mint a hullámhossz fele, az egy pontnak látszik, a fény elhajlási limit nem vonatkozik az új típusú fényre, amelyben tetszőlegesen közeli pontokat is fel lehet oldani.
