利用磁場或電場來控制紅外線和太赫茲波的能力是物理學(xué)中一個巨大挑戰(zhàn)，它可能徹底改變光電子、電信和醫(yī)學(xué)診斷。之前理論預(yù)測石墨烯（一種由碳原子組成的單原子層）在磁場中不僅可以根據(jù)需要吸收太赫茲和紅外光，還可以控制圓偏振的方向。瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)和曼徹斯特大學(xué)的研究人員成功地驗(yàn)證了這一理論，并取得了預(yù)期的結(jié)果，讓其在將來能被應(yīng)用于實(shí)際。

科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種控制紅外線和太赫茲波的有效方法。這也表明石墨烯正在“履行其最初的承諾”，并成為未來的材料，無論是在地球上還是在太空中。存在一類所謂的狄拉克材料，其中電子的行為就像它們沒有質(zhì)量一樣，類似于光粒子，光子，狄拉克材料之一是石墨烯，一種排列成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的單層碳原子，與用于制作鉛筆的石墨有關(guān)。石墨烯和光之間的相互作用表明，這種材料可以用來控制紅外線和太赫茲波。這將是光電子、安全、電信和醫(yī)療診斷領(lǐng)域向前邁出的一大步。

通過實(shí)驗(yàn)來支持舊理論

先前理論預(yù)測假設(shè)，如果將狄拉克材料置于磁場中，它將產(chǎn)生很強(qiáng)的回旋共振。當(dāng)一個帶電粒子在磁場中，它在一個圓形軌道上運(yùn)動，并吸收軌道上的電磁能量，或回旋加速器的頻率，例如它發(fā)生在歐洲核子研究中心的大型強(qiáng)子對撞機(jī)。當(dāng)粒子帶電荷但沒有質(zhì)量時，比如石墨烯中的電子，光的吸收就會達(dá)到最大值！為了證明這種最大吸收率，物理學(xué)家們需要一種非常純的石墨烯，這樣長距離運(yùn)動的電子就不會分散在雜質(zhì)或晶體缺陷上。

但這種純度和晶格順序很難獲得，只有當(dāng)石墨烯被封裝在另一種二維材料——氮化硼中時才能獲得。UNIGE的研究人員與曼徹斯特大學(xué)Andre geim領(lǐng)導(dǎo)的研究小組合作，開發(fā)了極其純凈的石墨烯樣品。Andre geim是諾貝爾物理學(xué)獎得主，因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)了石墨烯，這些樣品對于這種石墨烯來說非常大，但是太小，無法用成熟的技術(shù)來量化回旋共振。這就是為什么日內(nèi)瓦的研究人員建立了一個特殊的實(shí)驗(yàn)裝置，將紅外線和太赫茲輻射集中在磁場中純石墨烯的小樣本上，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了理論預(yù)測。

按需控制

結(jié)果首次證明，如果使用一層純石墨烯，確實(shí)會產(chǎn)生巨大的磁光效應(yīng)。目前，紅外光最大可能的磁吸收是在單原子層中實(shí)現(xiàn)。此外，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)，可以選擇哪一種圓偏振（左旋還是右旋）應(yīng)該被吸收。天然或本征石墨烯是電中性的，能吸收所有光線，無論其極化程度如何。但是如果引入帶電載體，無論是正極還是負(fù)極，都可以選擇哪一種極化被吸收，這在紅外波段和太赫茲波段都是有效的。

這種能力發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，特別是在制藥行業(yè)，某些關(guān)鍵藥物分子與光的相互作用取決于偏振方向。有趣的是，這種控制被認(rèn)為有希望在系外行星上尋找生命，因?yàn)榭梢杂^察到生物物質(zhì)固有的分子手性特征。最后，物理學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，要觀察太赫茲范圍內(nèi)的強(qiáng)效應(yīng)，只需施加磁場就足夠了，而廉價的永磁體已經(jīng)可以產(chǎn)生磁場?，F(xiàn)在這一理論已經(jīng)得到證實(shí)，研究人員將繼續(xù)研究可調(diào)磁源以及太赫茲和紅外光探測器。