بنابرگفته محققان اگر نور قطبیده را از یک ورقه تک‌لایه گرافنی که در یک میدان مغناطیسی قرار دارد عبور دهیم، قطبش آن حدود ۶ درجه تغییر می‌یابد. این ویژگی گرافن بسیار غیرمنتظره است، زیرا چرخش‌های بزرگ تنها در مواد بسیار ضخیم اتفاق می‌افتند.
کشف چرخش فاراده بسیار بزرگ در گرافن
بنابرگفته محققان اگر نور قطبیده را از یک ورقه تک‌لایه گرافنی که در یک میدان مغناطیسی قرار دارد عبور دهیم، قطبش آن حدود ۶ درجه تغییر می‌یابد. این ویژگی گرافن بسیار غیرمنتظره است، زیرا چرخش‌های بزرگ تنها در مواد بسیار ضخیم اتفاق می‌افتند. دانشمندان بر این باورند که از این ویژگی جدید گرافن می‌توان در تولید ابزارهایی که با استفاده از میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی نور را سوئیچ می‌کنند، بهره برد.
تغییر زاویه قطبش نور حین عبور از برخی مواد چیز جدیدی نیست. اما چون این «زاویه فاراده» متناسب با ضخامت ماده است، انتظار نمی‌رفت که گرافن با ضخامت تنها یک اتم چنین چرخش بزرگی را ایجاد کند. با این حال الکسی کوزمنکو و همکارانش در دانشگاه جنوا دریافته‌اند که این ماده قطبیت نور را ۱/۰ رادیان یا حدود ۶ درجه تغییر می‌دهد. محققانی از موسسه Fritz Haber در برلین، دانشگاه Erlangen-Nueremberg (آلمان) و آزمایشگاه لورنس برکلی در آمریکا در این کار مشارکت داشته‌اند.
این گروه تحقیقاتی در حین استفاده از نور مادون قرمز برای مطالعه جنبه‌هایی از اثر کوانتوم هال در گرافن این پدیده را کشف نمودند.
آنها ابتدا یک نور مادون قرمز را از یک فیلتر قطبنده عبور دادند تا یک نور قطبیده خطی به دست آورند. سپس نور قطبیده را به یک ورقه گرافنی که یک میدان مغناطیسی عمود بر سطح آن اعمال می‌شد، تاباندند. نور خارج شده از گرافن از یک فیلتر دیگر رد شده و به یک شناساگر می‌رسد. اگر قطبش دو فیلتر ۹۰ درجه باهم تفاوت داشته باشند، نباید هیچ نوری توسط شناساگر تشخیص داده شود. اما اگر قطبیت نور در حین عبور از گرافن تغییر یابد، زاویه‌ای که هیچ نوری نباید در آن مشاهده شود، به اندازه زاویه فاراده تغییر می‌کند.
فیزیک‌دان‌ها بر این باورند که این چرخش بزرگ در نتیجه رفتار الکترونی گرافن که انگار هیچ جرمی ندارد، مشاهده می‌شود. زمانی که گرافن در یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، الکترون‌ها طیفی از مدارات «سیکلوترونی» چرخشی را اشغال می‌کنند که بسیار متفاوت از چیزی است که در مواد دیگر مشاهده می‌شود. انتقال میان این مدارها بر قطبیت چرخشی نور عبوری تأثیر گذاشته و منجر به ایجاد زاویه فاراده بزرگ‌تر می‌شود.
بنابر گفته کوزمنکو می‌توان از این اثر در تولید سوئیچ‌هایی بهره برد که در آنها نور در یک جهت حرکت کرده و در جهت مخالف نمی‌تواند حرکت کند. در حال حاضر این دیودهای نوری که «جداکننده‌های فاراده» نامیده می‌شوند، برای نور مادون قرمز وجود ندارند.
جزئیات این تحقیق در مجله Nature Physics منتشر شده است.
