Nieuws

Grafeen vuurt laserstralen af


De een atoom dikke koolstoflaag grafeen, het dunste, sterkste en meest geleidende materiaal ter wereld, blijkt nóg een bijzondere eigenschap te bezitten: onder de juiste omstandigheden zendt het ultrakorte laserpulsen in elke kleur uit. Dat ontdekte een team onder leiding van Andrea Ferrari van de University of Cambridge.

De onderzoekers zagen enkele jaren geleden dat grafeen in staat is als een spons infrarood licht (warmtestraling) te absorberen. Recenter wisten ze het grafeen zo ver te krijgen dat het dat opgenomen infrarode licht ook weer ging uitzenden, als ultrakorte laserpulsjes van enkele tientallen femtoseconden (een femtoseconde is een miljoen miljardste van een seconde). In hun nieuwste experiment liet het team grafeen laserstralen afvuren van elke kleur van het infrarode spectrum. Bovendien denken ze dat het materiaal ook in staat moet zijn alle kleuren van het zichtbare licht uit te zenden.

Het bijzondere absorptievermogen van grafeen zit hem in de structuur van de energietoestanden van zijn elektronen. Normaal gesproken kennen elektronen twee standen: een met een hoge energie (die tot uitzending van laserpulsen leidt) en een van lage energie. Daartussen zit een gat. Een elektron kan alleen van de lage naar de hoge stand door precies die hoeveelheid energie op te nemen die het gat opvult. Die energie komt overeen met een specifieke golflengte. Daardoor kunnen klassieke ultrakorte lasers maar slechts een kleur licht afvuren.

Grafeen kent zo’n gat niet. Zijn elektronen kunnen elk mogelijk energieniveau aannemen en daarmee dus elke golflengte absorberen om tot de hoogte energietoestand te komen. Vervolgens vuurt hij dan diezelfde hoeveelheid energie uit als een ultrakorte laserpuls.

Een ander voordeel van grafeen is dat het stabiel genoeg is om hitteschade van intense laserstralen te voorkomen. Bovendien kunnen laserapparaten van grafeen zo klein als een pen worden gemaakt. Dat alles is handig in de industrie en de geneeskunde.

Het onderzoek wordt volgende maand gepresenteerd op de Conference on Lasers and Electro-Optics.

Illustratie: AlexanderAIUS/CC-BY-SA-3.0