Físicos alemanes han pulverizado todos los registros de velocidad en una corriente electrónica dirigida mediante luz, gracias al uso combinado de las prestaciones del grafeno y el rayo láser.

El control de la corriente electrónica es esencial para la electrónica moderna, ya que los datos y señales son transferidos por corrientes de electrones controlados a alta velocidad.

Las demandas de velocidades de transmisión también están aumentando a medida que la tecnología se desarrolla. Los físicos de la Universidad Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) han logrado activar una corriente con una dirección deseada en el grafeno utilizando un solo pulso de láser dentro de un femtosegundo -un femtosegundo corresponde a la millonésima parte de una milmiillonésima de segundo. Esto es más que mil veces más rápido que los transistores más eficientes de hoy.

Los científicos ya han demostrado que es posible dirigir electrones con ondas de luz en gases, materiales aislantes y semiconductores. Así, en principio, es posible controlar la corriente. Sin embargo, este concepto aún no se ha aplicado a los metales, ya que la luz no suele penetrar en el material para controlar los electrones.

Para evitar este efecto, los físicos de los grupos de trabajo de los profesores Peter Hommelhoff y Heiko Weber utilizaron el grafeno, un semimetal que consta de una sola capa de átomos de carbono. Aunque el grafeno es un excelente conductor, es lo suficientemente delgado como para permitir que una luz penetre en el material y mueva los electrones.

Para sus experimentos, los científicos dispararon impulsos láser extremadamente cortos con formas de onda especialmente diseñadas sobre grafeno. Cuando estas ondas de luz golpearon el grafeno, los electrones en su interior fueron lanzados en una dirección, como un latigazo.

“Bajo campos ópticos intensos, se generó una corriente dentro de una fracción de un ciclo óptico: medio-femtosegundo.” Sorprendentemente, a pesar de estas enormes fuerzas, la mecánica cuántica sigue desempeñando un papel clave”, explica en un comunicado Takuya Higuchi de la Cátedra de Laser Physics, el primer autor de la publicación.

Los investigadores descubrieron que el proceso de generación actual en el grafeno sigue una complicada mecánica cuántica. Los electrones viajan desde su estado inicial hasta el estado excitado por dos caminos en lugar de uno, de forma similar a una carretera bifurcada que conduce al mismo destino. Como una onda, los electrones pueden dividirse en la horquilla y fluir en ambos caminos simultáneamente.

Dependiendo de la fase relativa entre las ondas electrónicas divididas, cuando se reúnen de nuevo, la corriente puede ser muy grande, o no estar presente en absoluto. Es como una ola que se rompe contra la pared de un edificio y fluye a la izquierda y a la derecha del edificio al mismo tiempo. Al final del edificio, ambas partes se reúnen de nuevo. Si las ondas parciales se encuentran en su punto más alto, se produce una onda muy grande y flujos de corriente. Si una onda está en su pico y la otra en su punto más bajo, los dos se anulan y no hay corriente “, dice Hommelhoff, de la cátedra de física láser. “Podemos utilizar las ondas de luz para regular cómo se mueven los electrones y cuánta electricidad se genera”.

Los resultados son otro paso importante en la unión de la electrónica y la óptica. En el futuro, el método podría abrir una puerta para la realización de electrónica ultra-rápida operando a frecuencias ópticas.

Fuente: Europa Press