Rahvusvahelistest füüsikutest koosneva teadlasterühma sõnul saab magnetväljas asuvat üksikut grafeenkihti läbiva valguse polarisatsiooni pöörata peaaegu 6 kraadi võrra. See grafeeni uus omadus tuli ootamatult, sest nii suured pöörded esinevad tavaliselt palju paksemates materjalides. Teadlased usuvad, et uut omadust saab ära kasutada seadmetes, mis valgust magnet- ja elektriväljade abil ümber suunavad.
Diagramm kujutab Faraday pööret grafeenis. Pealelangev valgus levib Z-telje suunas ning polariseeritakse Y-telje suunas. Magnetväli(B) on rakendatud samuti Z-telje suunas.
Alexey Kuzmenko ning kolleegid Genfi Ülikoolist leidsid, et materjal saab valguse polarisatsiooni pöörata kuni 0,1 radiaani ehk pea kuue kraadi võrra. Teadustööst võtsid osa ka teadlased Berliini Fritz Haberi Instituudist, Erlangen-Nuerembergi Ülikoolist Saksamaal ning Lawrence Berkeley Laboratooriumist Ameerika Ühendriikides, kirjutab physicsworld.com.
Avastus tehti, kui kvantfüüsika Halli efekti uurimiseks grafeenis kasutati infrapunavalgust. 0,1 radiaaniline pööre tähendab, et grafeenil on ühe aatomkihi kohta suurem Faraday pööre kui ühelgi teisel materjalil, ületades lähimate pooljuhtmaterjalide vastavat näitajat ligi kümnekordselt.
Teadlased mõõtsid Faraday pööret suunates infrapunavalgust läbi polariseeriva filtri, mis tekitas lineaarselt polariseeritud kiire. See kiir suunati seejärel läbi grafeeni, mille pinnaga risti oli tekitatud magnetväli. Pärast valguse läbiminekut suunati see läbi teise polariseeriva filtri ning seejärel detektorile. Kui kahe filtri polarisatsioonid on täpselt 90-kraadise nurga all, ei tohiks detektoril midagi näha olla. Kuid kui grafeenist läbi lastud valguse polarisatsioon on pööratud, siis nurk, mille juures detektor valgust ei näita, ongi Faraday nurk.
Teadlaste arvates on suure pöörde põhjuseks grafeeni elektronid, mis käituvad justkui neil puuduks mass. Magnetvälja asetatud grafeeni elektronid hõivavad hulga ringikujulisi tsüklotron-orbiite – vastav käitumine erinev suuresti teiste materjalide käitumisest samas olukorras. Üleminekud nende orbiitide vahel mõjutavad edastatud valguse tsirkulaarpolarisatsiooni ning tulemuseks ongi võimendatud Faraday nurk.
Kuzmenko sõnul saaks efekti ära kasutada nn. valguse lülitusseadmetes, kus valgus saab liikuda vaid ühes suunas. Need optilised dioodid, tuntud ka kui Faraday isolaatorid, praeguse tehnoloogia juures infrapuna valgusel ei toimi.
Grafeenist selliste seadmete valmistamisel on ka üks oluline eelis: Faraday pöörde suunda saab kergesti ümber pöörata, rakendades grafeenile elektrivälja.
Praktiliste seadmete valmistamisel on aga hetkel ka mitmeid takistusi. Näiteks on reaalsetes rakendustes vajaliku umbes 45-kraadise pöörde saavutamiseks tarvis kümmet eraldiseisvat grafeenkihti. Teiseks probleemiks on fakt, et grafeen neelab infrapunavlagust, tagajärjeks on suured signaalikaod vastavates seadmetes.
Teadusartikkel “Giant Faraday rotation in single- and multilayer graphene“