El grafeno proporcionaría una nueva manera de convertir la electricidad en luz ya que al reducir los haces a una velocidad más lenta de la que fluyen los electrones, los científicos han desarrollado una nueva manera para que la energía eléctrica acabe por iluminar.
Viejas ideas, nuevas ideas
Cuando un avión comienza a moverse más rápido que la velocidad del sonido, se crea una onda de choque que produce un ruido conocido como «boom» de sonido. Basándose en este principio, los investigadores del MIT han descubierto un procedimiento similar empleando una hoja de grafeno, en la que un flujo de corriente eléctrica es capaz (bajo ciertas circunstancias) de exceder la velocidad de la luz ralentizada y producir una especie de «boom» óptico: un intenso haz de luz enfocado.
Esta forma completamente nueva de conversión de energía eléctrica en radiación visible es altamente controlable, rápida y eficiente, según sostienen los investigadores y podría conducir a una amplia variedad de nuevas aplicaciones.
El grafeno sigue dando de si
El trabajo se publicó en la revista Nature Communications, en un artículo firmado por tres profesores del MIT Marin Soljačić y John Joannopoulos ambos titulares de Física, junto a Ido Kaminer (que posee un pos doctorado en la misma materia) y otros seis físicos de Israel, Croacia y Singapur.
Ido Kaminer
El nuevo hallazgo comenzó a partir de una observación intrigante. Los investigadores encontraron que cuando la luz incide sobre una lámina de grafeno, que es una forma bidimensional del elemento carbono, se puede reducir la velocidad a un factor de unos pocos cientos.
Se dieron cuenta que esa desaceleración dramática presentaba una coincidencia interesante. La reducción de la velocidad de los fotones (partículas de luz) que se mueven a través de la hoja de grafeno, pasaron a tener una aceleración cercana a la velocidad de los electrones a medida que éstos avanzaban a través del mismo material.
Los plasmones
«El grafeno tiene una gran capacidad para atrapar la luz, de un modo que los científicos denominamos plasmones de superficie», explica Kaminer, quien es el autor principal del artículo. Los plasmones son un tipo de partícula virtual que representa las oscilaciones de los electrones en la superficie. La velocidad de estas partículas al atravesar el grafeno es de «unos pocos cientos de veces más lenta que la luz en el espacio libre», sostiene.
Este efecto encajaba con otro que se debe a las características excepcionales del grafeno: los electrones pasan a través de él a velocidades muy altas, de hasta un millón de metros por segundo o aproximadamente 1/300 de la velocidad de la luz en el vacío.
Esto significaba que las dos velocidades eran tan similares que podrían producirse interacciones significativas entre los dos tipos de partículas, si el material pudiera ser “sintonizado” con el fin de igualar dichas velocidades.
Marin Soljačić
Esa combinación de propiedades: ralentizar la luz y permitir que los electrones se muevan muy rápido, es «una de las propiedades inusuales de grafeno», dice Soljačić. Eso sugería la posibilidad de utilizar el grafeno para provocar el efecto contrario: generar luz en lugar de atraparla. «Nuestro trabajo teórico muestra que esto puede llevar a una nueva forma de producir luz», dice.
En concreto, explica que: «esta conversión se hace posible debido a que la velocidad electrónica puede acercarse a la velocidad de la luz en el grafeno, hasta casi romper la» barrera de la luz”. Del mismo modo que romper la barrera del sonido genera una onda de choque de sonido, en el caso de grafeno esto conduce a la emisión de una onda de choque de luz atrapado en dos dimensiones.»
El efecto Cherenkov
El fenómeno al que los investigadores han llamado “efecto Cherenkov” fue descrito por primera vez hace 80 años por el físico soviético Pavel Cherenkov. Por lo general se lo asocia con lo astronómico y es aprovechado para detectar partículas cósmicas ultrarrápidas que se precipitan a través del universo y también para detectar partículas resultantes de las colisiones de alta energía en los aceleradores de partículas. Sin embargo, la ralentización de la luz dentro de una hoja de grafeno proporciona la oportunidad de aprovechar este efecto en una forma práctica, dicen los investigadores.
Pavel Cherenkov
Hay muchas maneras diferentes de convertir la electricidad en luz, por ejemplo a partir de los filamentos de tungsteno, con los tubos fluorescentes o los diodos emisores de luz (LEDs) están ganando el favor de los hogares. Pero este nuevo enfoque basado en los plasmones podría ser parte de nuevas alternativas más eficientes, compactas y rápidas.
Quizá lo más importante es que esta forma de generar de manera eficiente y controlable plasmones es compatible con la tecnología del microchip actual. Este tipo de sistema que emplee el grafeno podría ser potencialmente parte de los componentes de un chip, en nuevos circuitos basados en la luz, que se consideran una nueva dirección en la evolución de la tecnología informática, orientada hacia dispositivos cada vez más pequeños y más eficientes.
