Новое оптоэлектронное устройство, созданное на основе графена, может служить для эффективного преобразования электрических сигналов в световые сигналы. Использование таких устройств может во много раз увеличить скорости оптических коммуникаций и принести технологию оптической передачи данных в масштаб кристаллов компьютерных микросхем.

Графеновое устройство, являющееся, по сути, оптическим модулятором, имеет потенциальную возможность работать на частотах до 500 ГГц, а его размеры составляют всего несколько квадратных микрометров. Такая высокая частота работы устройства может позволить достичь поистине фантастических значений скоростей передачи оптических линий связи, утверждают исследователи из центра Nanoscale Science and Engineering Center Калифорнийского университета в Беркли. "Если вы сможете соединиться с Интернетом на частоте 100 ГГц, то на скачивание одного фильма уйдет меньше секунды" - говорит Минг Луи (Ming Liu), соавтор статьи, опубликованной 8 мая в журнале Nature.

Для управления модуляцией светового потока исследователи использовали электрический потенциал, с помощью которого производилось влияние на энергетические уровни, уровни Ферми, электронов графена. Графен в обычном состоянии практически непрозрачен для световых волн большей части инфракрасного диапазона из-за того, что электроны материала поглощают большинство фотонов падающего светового потока. Подача на графен отрицательного электрического потенциала заставляет электроны материала покинуть его пределы, сделав графен почти прозрачным для инфракрасного света. Приложенный положительный потенциал переводит электроны на самый высокий энергетический уровень, туда, где они становятся уже не в состоянии поглощать фотоны, что делает графен так же прозрачным для света. Таким образом, подача и отключение напряжения на графеновой пленке позволяет заблокировать или разрешить прохождение сквозь него инфракрасного света, модулируя таким образом падающий луч.

Оптические модуляторы, используемые в телекоммуникационных сетях, изготавливаются обычно из ниобата лития. Они способны обеспечить скорости передачи данных до 40 гигабайт в секунду, а стоят они при этом от 4 до 5 тысяч долларов за штуку. Новые графеновые модуляторы могут быть изготовлены по стоимости менее одного доллара за штуку.

Устройства, изготовленные в Беркли, имеют форму квадрата со стороной в 25 микрометров, что позволяет интеграцию таких модуляторов прямо внутрь кристаллов электронных чипов. Малые габариты и простота изготовления новых модуляторов позволяют производить их без труда, используя современное оборудование производства CMOS-полупроводников.

Опытный образец графенового оптического модуляторы на испытаниях продемонстрировал управление световым потоком с частотой 1 ГГц. Исследователи считают, что если использовать листы графена с меньшим количеством дефектов, то скорость модуляции может быть без труда увеличена вплоть до теоретического предела, значение которого было озвучено выше. Ожидается, что применение графеновых модуляторов может стать коммерчески оправданным и привлекательным по достижению частоты модулящии в 10 ГГц, а такое значение может быть достигнуто в течение трех-пяти лет.