CONTROLANDO LA LUZ CON GRAFENO Científicos en España

CONTROLANDO LA LUZ CON GRAFENO
Científicos en España logran atrapar y confinar luz en grafeno, convirtiendo una capa
de átomos de carbono en el candidato más prometedor para procesar información
óptica a escalas nanométricas, así como detección óptica y optoelectrónica ultrarápidas.
Grupos de investigación españoles logran visualizar por primera vez luz guiada con precisión
nanométrica en grafeno (una capa de átomos de carbono con un espesor de tan solo un átomo). Esta
visualización prueba lo que físicos teóricos han predicho desde hace tiempo: que es possible atrapar y
manipular luz de manera muy eficiente usando grafeno como una nueva plataforma para procesar
información óptica y para detección ultra-sensible. Las sinergias establecidas entre las propuestas
teóricas del IQFR-CSIC (Madrid), la especialización en nanofotónica de grafeno y nanoelectrónica en
ICFO (Barcelona) y el expertise experimental en nano-imagen óptica en nanoGUNE (San Sebastián)
han desembocado en estos resultados espectaculares publicados esta semana en la revista Nature,
paralelamente con otro estudio similar del grupo de Dmitry Basov en UCSD en California.
Entre las fascinantes propiedades del grafeno, destaca su extraordinario comportamiento óptico. En
particular, se han predicho propiedades ópticas interesantes cuando la luz se acopla a los llamados
plasmones (oscilaciones de naturaleza ondulatoria del “mar” de electrones de conducción en el
grafeno). Sin embargo, no se había obtenido evidencia experimental directa de dichos plasmones
antes de este trabajo. La razón es que la longitud de onda (es decir, el “tamaño”) de los plasmons del
grafeno es entre 10 y 100 veces menor de lo que permiten observar los microscopios ópticos
convencionales. Ahora, los investigadores han mostrado las primeras imágenes experimentales de
plasmones en grafeno. Para ello, han utilizado un llamado microscopio de campo cercano en el que
una punta muy afilada convierte un haz de luz con el que se irradia en un foco de luz de tamaño
nanométrico que proporciona el momento (“empuje”) necesario para crear los plasmones. Al mismo
tiempo, la punta es sensible a la presencia de los plasmones (Figura 1). Rainer Hillenbrand, líder del
grupo de nanoGUNE, comenta: “Ver es creer! Nuestras imágenes ópticas de campo cercano prueban
definitivamente la existencia de plasmones localizados y en movimiento en grafeno, y permiten una
medida directa de su dramática reducción en longitud de onda.”
Como han demostrado estos investigadores, los plasmones del grafeno se pueden utilizar para
controlar luz eléctricamente de manera similar a lo que tradicionalmente se consigue con electrones
en un transistor. Estas aplicaciones, que hasta ahora eran imposibles con los plasmones que existen
en otros materiales, hacen viables los commutadores ópticos eficientes de tamaño nanométrico, que
permitirán realizar calculos mediante luz en lugar de electricidad. “Con nuestro trabajo hemos
mostrado que el grafeno es una opción excelente para resolver importantes problemas tecnológicos
relacionados con la modulación de luz a la velocidad de los microchips actuales,” comenta Javier
García de Abajo, líder del grupo del IQFR-CSIC. Además, esta capacidad para atrapar luz en volúmenes
extraordinariamente pequeños podría alumbrar una nueva generación de nano-sensores con
aplicaciones en diversas áreas tales como medicina, bio-detección, células solares y sensores de luz,
así como procesadores de información cuántica. Este resultado abre literalmente un nuevo campo de
investigación y proporciona un camino viable para sintonizar luz de manera ultra-rápida, algo que no
era posible hasta ahora. Frank Koppends, líder del grupo del ICFO, lo resume así: “El grafeno es un
material único y novedoso para los plasmones, un verdadero puente entre los campos de la nanoelectrónica y la nano-óptica”.
Publicación:
Optical nano-imaging of gate-tunable graphene plasmons
ICFO – The Institute of Photonic Sciences · Mediterranean Technology Park
Av. Carl Friedrich Gauss, num. 3 · 08860 Castelldefels (Barcelona), Spain
Tel.: (+34) 93 553 40 01 · Fax: (+34) 93 553 40 00 · www.icfo.eu
Jianing Chen, Michela Badioli, Pablo Alonso-González, Susokin Thongrattanasiri, Florian Huth, Johann
Osmond, Marko Spasenović, Alba Centeno, Amaia Pesquera, Philippe Godignon, Amaia Zurutuza,
Nicolas Camara, Javier García de Abajo, Rainer Hillenbrand & Frank Koppens
DOI: 10.1038/nature11254
Institutos involucrados:




Nano-visualización óptica: CIC nanoGUNE Consolider (San Sebastián, España), CFM-CSICUPV/EHU (San Sebastián, España), Neaspec GmbH (Martinsried, Alemania), Ikerbasque
(Bilbao, España)
Nano-fotónica y optoelectrónica con grafeno: ICFO (Barcelona, España)
Teoría: IQFR-CSIC (Madrid, España)
Síntesis de grafeno: Graphenea (San Sebastián, España), Universidad de Tours (Tours,
Francia) y CNM-IMB-CSIC (Barcelona, España)
Figura: Nano-visualización óptica de plasmones en grafeno. Arriba: esquema del método de
visualización. Un punta iluminada mediante un laser que recorre la muestra excita los plasmones en
el grafeno. La detección se realiza recogiendo la luz re-emitida por la punta. Abajo: imagen óptica del
grafeno en la que el patrón representa la interferencia de los plasmones del grafeno.
ICFO – The Institute of Photonic Sciences · Mediterranean Technology Park
Av. Carl Friedrich Gauss, num. 3 · 08860 Castelldefels (Barcelona), Spain
Tel.: (+34) 93 553 40 01 · Fax: (+34) 93 553 40 00 · www.icfo.eu
SOBRE ICFO:
El Instituto de Ciencias Fotónicas fue creado en 2002 por la Generalitat de Cataluña y por la
Universitat Politècnica de Catalunya, como centro de investigación de excelencia dedicado al estudio
de las ciencias y tecnologías de la luz, al más alto nivel internacional. En reconocimiento a la
excelencia en la investigación, el Ministerio de Ciencia e Innovación ha concedido al ICFO la
acreditación Severo Ochoa. El centro tiene una triple misión: investigación de frontera, formación de
científicos y tecnólogos, y transferencia de conocimiento y tecnología.
La investigación en el ICFO es de frontera y está orientada a programas dirigidos a aplicaciones de la
luz en salud, en las ciencias de la vida, la nanomedicina, en energías renovables, en tecnologías de la
información, la seguridad y los procesos industriales, entre otros. El centro acoge 250 investigadores
y estudiantes de doctorado que trabajan en 60 laboratorios situados en un edificio de 14.000 m 2, en
el Parc Mediterrani de la Tecnologia, en Castelldefels, en el área metropolitana de Barcelona.
Los investigadores del ICFO publican en las revistas más prestigiosas del ámbito y colaboran con un
gran número de empresas de todo el mundo. El instituto promueve activamente la generación de
empresas spin-off por parte de sus investigadores.
El ICFO participa en un gran número de proyectos y redes de excelencia internacionales y acoge el
programa NEST financiado por la Fundación Privada Cellex Barcelona. Dr Kopppens forma parte del
programa NEST.
SOBRE NANOGUNE:
El CIC nanoGUNE Consolider es un centro de investigación promovido por el Gobierno Vasco con la
misión de realizar investigación de excelencia en nanociencia y nanotecnología, promoviendo la
formación y la educación de investigadores en este ámbito así como la cooperación entre diferentes
agentes de la Red Vasca de Ciencia, Tecnología e Innovación (Universidades y Centros Tecnológicos) y
entre dichos agentes y la industria.
Las instalaciones de nanoGUNE, situadas en San Sebastián, constituyen una infraestructura única con
una superficie de 6200 m2. Inauguradas en 2009, albergan 15 laboratorios ultrasensibles y una sala
blanca de 300 m2 para nanofabricación dotados de las soluciones técnicas y los equipamientos más
avanzados para hacer posible el reto de trabajar en la nanoescala. En la actualidad 71 investigadores
trabajan en nanoGUNE en torno a siete líneas de investigación multidisciplinares.
Graphenea es la primera empresa puesta en marcha por nanoGUNE junto a un grupo de inversores
privados y se dedica a la producción de grafeno de alta calidad para aplicaciones industriales.
Graphenea se aloja en la nanoincubadoroa de nanoGUNE, un espacio donde nuevas empresas con
base nanotecnológica pueden beneficiarse de la investigación y del equipamiento de primer nivel del
centro.
Para más información acerca de nanoGUNE, así como de las líneas de investigación y de los proyectos
en marcha, visite www.nanogune.eu.
SOBRE IQFR-CSIC:
El instituto de Química-Física “Rocasolano” es un instituto del Consejo Superior de Investigaciones
Científicas (CSIC), la mayor institución pública de investigación de España y la tercera más grande de
ICFO – The Institute of Photonic Sciences · Mediterranean Technology Park
Av. Carl Friedrich Gauss, num. 3 · 08860 Castelldefels (Barcelona), Spain
Tel.: (+34) 93 553 40 01 · Fax: (+34) 93 553 40 00 · www.icfo.eu
Europa. Dependiente del Ministerio Español de Economía y Competitividad a través de la Secretaría
de Estado de Investigación, Desarrollo e Innovación, su objetivo fundamental es promover
investigación que sustente el avance científico y tecnológico y está abierto a colaborar con otras
instituciones españolas o extranjeras para lograr dicho fin. Según sus estatutos (artículo 4), el objeto
del CSIC es el fomento, la coordinación, el desarrollo y la difusión de la investigación científica y
tecnológica, de carácter multidisciplinar, con el fin de contribuir al avance del conocimiento y al
desarrollo económico, social y cultural, así como a la formación de personal y al asesoramiento a
entidades públicas y privadas en estas materias.
El CSIC juega un importante papel en la política científica y tecnológica dado que su actividad abarca
desde la investigación básica hasta la transferencia de conocimientos al sector productivo. Su
actividad investigadora se realiza desde sus centros e institutos, diseminados por las diferentes
comunidades autónomas, contando con una plantilla de más de 15.000 trabajadores de los que más
de 3.000 son investigadores permanentes y aproximadamente el mismo número son doctores o
investigadores en formación. El CSIC supone el 6% del personal dedicado a la investigación y el
desarrollo en España, y genera aproximadamente el 20% de la producción científica del país. Además,
el CSIC gestiona numerosas importantes infraestructuras, la más complete y extensa red de
bibliotecas especializadas, así como varias unidades mixtas de investigación con otras instituciones.
INFORMACION DE CONTACTO:
ICFO
Brook Hardwick
ICFO- The Institute of Photonic Sciences
Communications
Brook.Hardwick@icfo.eu
Tel: 93 554-2214
Links:
www.icfo.eu
www.koppensgroup.icfo.eu
nanoGUNE
Enrique Zarate
CIC nanoGUNE Consolider
Responsable de Comunicación
e.zarate@nanogune.eu
Tel: 943 574 024
Link:
www.nanogune.eu
http://www.nanogune.eu/en/research/nanooptics/
CSIC
Marta García Gonzalo
Departamento de Comunicación, CSIC
Marta.garcia.gonzalo@orgc.csic.es
Tel: 91 568 14 76
Link:
http://www.csic.es
http://nanophotonics.csic.es
ICFO – The Institute of Photonic Sciences · Mediterranean Technology Park
Av. Carl Friedrich Gauss, num. 3 · 08860 Castelldefels (Barcelona), Spain
Tel.: (+34) 93 553 40 01 · Fax: (+34) 93 553 40 00 · www.icfo.eu