پژوهشگرانی از دانشگاه کمبریج انگلیس و CNRS در گرنوبل فرانسه، یک لیزر گرافنی – مد قفل‌شده – فوق سریع ساخته‌اند. این موفقیت- که به خاطر عدم وجود گپ باندی در گرافن کاملاً حیرت‌انگیز است- راه را به سوی افزاره‌های نوری بر اساس گرافن هموار می‌کند.
ساخت لیزرهای فوق سریع با گرافن
پژوهشگرانی از دانشگاه کمبریج انگلیس و CNRS در گرنوبل فرانسه، یک لیزر گرافنی ” مد قفل‌شده” فوق سریع ساخته‌اند. این موفقیت- که به خاطر عدم وجود گپ باندی در گرافن کاملاً حیرت‌انگیز است- راه را به سوی افزاره‌های نوری بر اساس گرافن هموار می‌کند.
گرافن به خاطر خواص الکترونیکی منحصربه فردش ممکن است که در آینده به‌عنوان ماده الکترونیکی، جایگزین سیلکون گردد.
هم‌اکنون، آندریا فراری و همکارانش با ساخت یک لیزر فوق سریع از این ماده اظهار می‌کنند که گرافن می‌تواند دارای کاربردهای اپتوالکترونیکی نیز باشد.
امروزه، فناوری غالب در لیزرهای معروف به “مد قفل‌شده”- لیزرهایی که پالس‌های فوق کوتاه با آهنگ تکرار بسیار بالا تولید می‌کنند- بر اساس آینه‌های نیمه‌رسانای جاذب اشباع شونده (SESAMS) استوار است. این لیزر فوق سریع جدید از گرافن و لایه‌های گرافن به عنوان مد قفل‌کننده استفاده می‌کند.
این گروه نحوه جذب نور در گرافن و نحوه رفتار حامل‌های بار تحریک‌شده با نور را مورد مطالعه قرار داد. به ویژه، آنها تمرکز خاصی روی نقش کلیدی “انسداد پائولی” در اشباع‌سازی جذب نور داشتند. به خاطر اصل طرد پائولی، هنگامی که آهنگ پمپ الکترون‌ها در حالت برانگیخته از آهنگ واهلش (آرامیدگی) آنها بیشتر باشد، آنگاه فرایند جذب اشباع می‌گردد. این امر به خاطر آن است که تا وقتیکه برای الکترون‌ها در حالت برانگیخته شده فضای خالی وجود دارد، هیچکدام از آنها نمی‌تواند تحریک شود.
از آنجایی که الکترون‌های دیراک در داخل گرافن دارای پاشندگی خطی هستند، می‌توان چنین نتیجه گرفت که گرافن پهن- باند‌ترین جاذب قابل اشباع برای نور است و بسیار عریض‌تر از پهنای باند سایر مواد شناخته شده می‌باشد.
این پژوهشگران با استفاده از یک کامپوزیت پلیمر- گرافن، که از یک محلول گرافن بدست آمده بود، ساخت لیزر خود را شروع کردند. سپس این کامپوزیت را بین دو تار نوری در یک کاواک لیزری قرار دادند.
فراری گفت: “گرافن یک جاذب قابل اشباع پهن- باند ایده‌آل می‌باشد و می‌تواند از نور UV تا نور مرئی و مادون قرمز کار کند. لیزر گرافنی فوق سریع ما، که غیرخطی بودن نوری پهن- باند گرافن را به خدمت می‌گیرد و نیازی به مهندسی گپ باندی ندارد، توانسته است کاربردهای عملی این ماده جدید را از نانوالکترونیک به اپتوالکترونیک و فوتونیک مجتمع توسعه دهد”.
نتایج این تحقیق در مجله‌ی ACS Nano منتشر شده است.
