Grafen, pojedyncza warstwa atomów węgla o strukturze plastra miodu, znany jest ze swoich wyjątkowych właściwości. Tym razem stał się polem doświadczalnym dla naukowców z Uniwersytetu w Ratyzbonie, którzy zaobserwowali na nim propagację fal elektronowych. Zamiast kamienia, który wywołuje fale na wodzie, badacze użyli impulsów laserowych skierowanych na ostro zakończoną metalową końcówkę znajdującą się tuż nad powierzchnią grafenu. Szczegóły opisano w czasopiśmie Nano Letters.
Czytaj też: Fizycy na placu zabaw. Skręcony grafen może odmienić elektronikę, jaką znamy
Dr Simon Anglhuber z Instytutu Fizyki Eksperymentalnej i Stosowanej Uniwersytetu w Ratyzbonie wyjaśnia:
Światło wprawia elektrony w końcówce w ruch, a te wywierają siłę na elektrony w grafenie. W efekcie powstają kołowe fale gęstości elektronowej, które odbijają się od krawędzi próbki i powracają do źródła.
Fale elektronowe na powierzchni grafenu ujarzmione
Dzięki precyzyjnemu przesuwaniu metalowej końcówki nad powierzchnią oraz rejestrowaniu odbitych fal badacze stworzyli “film” przedstawiający oscylacje fal w różnych momentach czasu. Technika pozwoliła na obserwację z niespotykaną dotąd rozdzielczością: przestrzenną w skali nanometrów i czasową w zakresie femtosekundowym, co odpowiada ponad 10 bilionom klatek na sekundę.
Czytaj też: Historyczna obserwacja zachowania elektronów wykazuje coś niebywałego na temat grafenu
To odkrycie nie tylko umożliwiło analizę prędkości, tłumienia i częstotliwości fal, ale także pokazało, że ich cechy mogą zależeć od jakości próbek grafenu. Porównanie materiałów wytwarzanych różnymi metodami wykazało znaczące różnice, które mogą pomóc w opracowaniu bardziej zaawansowanych materiałów do zastosowań w optoelektronice, np. w wysoce czułych czujnikach światła.
Kolejnym krokiem w badaniach było celowe zakłócanie propagacji fal za pomocą dodatkowego impulsu laserowego. Wprowadzając kontrolowane zakłócenia, naukowcy mogli osłabić lub zmodyfikować fale elektronowe, otwierając tym samym nowe możliwości manipulacji właściwościami materiału w czasie rzeczywistym.
Badania nad kontrolą ultraszybkich fal powierzchniowych w grafenie mogą zrewolucjonizować rozwój urządzeń nanoelektronicznych, umożliwiając projektowanie komponentów o częstotliwościach pracy tysiące razy wyższych niż obecne technologie. Co więcej, technika ta działa także w zakresie teraherców i średniej podczerwieni – obszarze widmowym, który dotychczas pozostawał trudno dostępny. Możliwość obserwacji i manipulacji falami elektronowymi z tak wysoką precyzją może przyspieszyć rozwój nowoczesnych urządzeń elektronicznych, wykorzystujących unikalne właściwości grafenu.