Ga naar hoofdinhoud

Grafeen schakelt elektromagnetische straling

De gebruikte hybride-meta materiaalstructuur bestaat uit een opstelling van spleetring-resonatoren van goud, in combinatie met nanostroken grafeen, die tussen metalen elementen liggen (foto: Isaac Luxmoore/University of Exeter).

Onderzoekers van de afdeling experimentele fysica van de University of Exeter, de Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH) en het Institut für Physik van de Universität Augsburg hebben onderzoek gedaan naar een nieuw hybride ‘metamateriaal’ met een groot toepassingspotentiaal. Het materiaal heeft specifieke eigenschappen, die natuurlijke materialen niet bezitten.

De fysici uit de drie landen combineerden nanostroken van grafeen met een zogenaamde spleetring-resonator, een bijzondere vorm van een metallische antenne. De complete structuur ligt op een substraat van siliciumdioxide (SiO2), dat aan de achterkant een metalen laag heeft. Grafeenelektronen kunnen via de nanostroken plasmatrillingen opwekken. Ook de elektronen van de spleetring-resonator trillen met hun eigen frequentie.

Trillingen

Deze twee soorten trillingen hebben een wisselwerking met elkaar, waarbij de intensiteit van hun wisselwerking kan worden gestuurd door de spanning tussen de grafeen nanostroken en het metaalcontact op de achterzijde van het SiO2-substraat. Door de op deze manier verkregen sterke wisselwerking tussen de opgewekte plasma rillingen en de uitwendige elektromagnetische straling kan dit systeem als een soort schakelaar fungeren, waarmee zeer snel een elektromagnetische golf kan worden in- en uitgeschakeld.

De werkingswijze van deze schakelaar werd bij frequenties van enkele THz gedemonstreerd. Deze stralingsgolven zijn zeer lang, veel langer dan die met een menselijk oog kunnen worden gezien. Een belangrijk kenmerk van de nieuwe structuur is, dat deze de elektromagnetische straling kan bundelen in een gebied dat veel kleiner is dan de golflengtes zelf. De onderzoekers zien hierin een essentiële voorwaarde en een realistische mogelijkheid voor de ontwikkeling van een nieuw soort spectroscopische methode met een ultrahoge resolutie.

Grafeen als basis

De resultaten van de onderzoeksgroep hebben de potentie om de basis te vormen voor de ontwikkeling van een serie technologisch belangrijke componenten. Zo is de ontwikkeling van een volledig nieuwe laserbron voor verschillende toepassingsgebieden (zoals veiligheid, geneeskunde, telecommunicatie of gassensoren) het beoogde doel van het Europese Gosfel-project.

De groep in Augsburg werkt tegelijkertijd ook aan het Graphene Flagship, een ander groot Europees onderzoeksprogramma. In dit kader onderzoeken ze niet-lineaire elektrodynamische eigenschappen van grafeen om voorwaarden te scheppen voor het gebruik van dit materiaal in diverse elektronische en opto-elektronische componenten.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven