Avec un faisceau de lumière infrarouge, les scientifiques ont envoyé des ondulations d'électrons le long de la surface du graphène et ont démontré qu'ils peuvent contrôler la longueur et la hauteur de ces oscillations, appelés plasmons, à l'aide d'un simple circuit électrique.

C'est la première fois que quelqu'un observe des plasmons sur du graphène, des feuilles de carbone d'un seul atome d'épaisseur avec une foule de propriétés physiques intrigantes, et une étape importante vers l'utilisation des plasmons pour traiter et transmettre des informations dans des espaces trop étroits pour utiliser la lumière.

"Tout le monde se doutait que les plasmons devaient être là, mais voir c'est croire. Nous les avons photographiés et montré qu'ils se propagent. Et nous avons démontré que nous pouvons les contrôler, " a déclaré Dimitri Basov, professeur de physique à l'Université de Californie, San Diego, et auteur principal du rapport publié en ligne le 21 juin avant la publication imprimée dans La nature .

Pour fabriquer les appareils, ils ont décollé du graphène du graphite, l'étoffe de la mine de crayon, et l'a frotté sur des puces de dioxyde de silicium.

Ils ont lancé des plasmons en projetant un laser infrarouge sur la surface du graphène et mesuré les ondes à l'aide du bras ultrasensible d'un microscope à force atomique.

Les ondes sortantes sont impossibles à mesurer. Mais lorsqu'ils atteignent le bord du graphène, ils se reflètent comme des vagues d'eau dans le sillage d'un bateau rebondissant sur une jetée.

Les oscillations revenant du bord s'ajoutent, ou annuler, vagues suivantes, créant un motif d'interférence caractéristique qui révèle leur longueur d'onde et leur amplitude.

Les scientifiques ont montré que le motif pouvait être modifié en contrôlant un circuit électrique formé d'électrodes fixées à la surface du graphène et d'une couche de silicium pur sous les puces.

"C'est ici, " Basov a dit. " Vous prenez juste une batterie d'une lampe de poche et augmentez la tension et vous avez un dispositif plasmonique accordable. "

Tout comme la lumière peut transporter des signaux complexes à travers la fibre optique, les plasmons pourraient être utilisés pour transmettre des informations. Mais les plasmons pourraient transporter des informations dans des espaces beaucoup plus restreints.

"Il est impossible de confiner la lumière à des échelles nanométriques car les longueurs d'onde lumineuses sont de plusieurs centaines de nanomètres, " a déclaré Zhe Fei, un étudiant diplômé du laboratoire de Basov et le premier auteur de l'article. "Nous avons utilisé la lumière pour exciter des plasmons de surface avec une échelle de longueur de 100 nanomètres ou moins qui peuvent voyager à très grande vitesse d'un côté de la puce à l'autre."

Les performances qu'ils ont observées sont prometteuses. Ce sont certaines des longueurs d'onde de plasmon les plus courtes mesurées dans n'importe quel matériau, pourtant les ondes se propagent aussi loin qu'elles le font dans des métaux comme l'or. Et contrairement aux plasmons sur les métaux, les plasmons de graphène peuvent être réglés.

Une équipe de scientifiques travaillant indépendamment en Espagne dirigée par Frank Koppens, Rainer Hillenbrand et Javier Garcia de Abajo ont fait une découverte similaire en utilisant un film de graphène déposé par un gaz plutôt que décollé du graphite. Leur rapport, publié dans le même numéro de La nature , renforce cette preuve pour les plasmons de graphène.

« L'optoélectronique et le traitement de l'information au graphène sont très prometteurs. Nous aimons voir notre travail contribuer à la technologie du futur, " Basov a dit. " Il y a aussi tout nouveau, la science fondamentale qui en découle. En surveillant les plasmons, nous apprenons ce que font les électrons dans cette nouvelle forme de carbone, comment les interactions fondamentales régissent leurs propriétés. C'est une voie d'enquête."