Au cœur des lasers, écrans et autres dispositifs électroluminescents réside dans l'émission de photons. La modulation électriquement contrôlée de cette émission est d'une grande importance dans des applications telles que la communication optique, capteurs et affichages. De plus, le contrôle électrique des voies d'émission lumineuse ouvre la possibilité de nouveaux types de dispositifs nano-photoniques, basé sur la plasmonique active.

Les scientifiques de l'ICFO, MIT, CNRS, Le CNISM et Graphenea ont désormais démontré des actifs, contrôle électrique in situ du flux d'énergie des ions erbium vers les photons et les plasmons. L'expérience a été mise en œuvre en plaçant les émetteurs d'erbium à quelques dizaines de nanomètres de la feuille de graphène, dont la densité de porteurs (énergie de Fermi) est contrôlée électriquement. Partiellement financé par l'EC Graphene Flagship, cette étude intitulée « Contrôle électrique des voies de relaxation des émetteurs optiques activée par le graphène », a été publié dans Physique de la nature .

Les ions Erbium sont essentiellement utilisés pour les amplificateurs optiques et émettent de la lumière à une longueur d'onde de 1,5 micromètre, la troisième fenêtre télécom. C'est une fenêtre importante pour les télécommunications optiques car il y a très peu de perte d'énergie dans cette gamme, et donc une transmission d'informations très efficace.

L'étude a montré que le flux d'énergie de l'erbium vers les photons ou les plasmons peut être contrôlé simplement en appliquant une petite tension électrique. Les plasmons du graphène sont assez uniques, comme ils sont très fortement confinés, avec une longueur d'onde de plasmon inférieure de deux ordres de grandeur à la longueur d'onde des photons émis. Au fur et à mesure que l'énergie de Fermi de la feuille de graphène augmentait progressivement, les émetteurs d'erbium sont passés d'électrons excitants dans la feuille de graphène, à émettre des photons ou des plasmons. Les expériences ont révélé les plasmons de graphène tant recherchés à des fréquences proches de l'infrarouge, pertinentes pour ces applications de télécommunications. En outre, la forte concentration d'énergie optique offre de nouvelles possibilités de stockage et de manipulation de données à travers des réseaux plasmoniques actifs.

Frank Koppens a commenté :« Ce travail montre que le contrôle électrique de la lumière à l'échelle nanométrique est possible et efficace, grâce aux propriétés optoélectroniques du graphène."