الضوء يقلب مفتاحًا في الجرافين سريع
تضرب ومضة ليزر طبقة فضة بسماكة ذرة واحدة موضوعة على جرافين ثنائي الطبقة — وفي أجزاء من الكوادريليون من الثانية تنفتح فجوة في البنية الإلكترونية للجرافين لم تكن موجودة من قبل. الأمر كما لو أن سلكًا عاديًا يتحول للحظات إلى شبه موصل: تتوقف الإلكترونات عن التدفق بحرية وتظهر فجوة نطاق.
السبب هو انتقال الشحنة بين الطبقتين. يزيح الضوء إلكترونات تقفز من الفضة إلى الجرافين، فيتغير المجال الكهربائي عند الحدود. يعمل هذا المجال كبوابة فائقة السرعة: يعيد ترتيب نطاقات الطاقة في الجرافين فاتحًا الفجوة. في الوقت نفسه تولد إلكترونات ساخنة كثيرة تعزز التدريع — قدرة الشحنات على إخماد المجالات الخارجية. يعمل التدريع كبطانية تخفت المجال، فتنغلق الفجوة مجددًا وتصبح أصغر مما كانت عليه في الحالة الهادئة.
أُجريت التجربة باستخدام مطيافية الانبعاء الضوئي المقرونة بالزمن والزاوية. تزيح نبضة ليزر قصيرة إلكترونات من العينة، ويلتقطها الكاشف واحدًا تلو الآخر قياسًا لطاقتها واتجاهها. هكذا يمكن تتبع البنية الإلكترونية في الزمن الحقيقي، إطارًا بإطار، بخطوة فمتوثانية. الجرافين ثنائي الطبقة في هذا العمل مرصوص بطريقة خاصة — فيما يسمى ترتيب برنال، حيث تنزاح الطبقتان قليلًا إحداهما عن الأخرى كطوب في جدار.
آليتان — انتقال الشحنة والإلكترونات الساخنة — تعملان في اتجاهين متعاكسين. الأولى تفتح الفجوة والثانية تغلقها. بضبط شدة الومضة ومدتها يمكن اختيار أي العمليتين تطغى. هذا يضع في أيدي الفيزيائيين أداة للتحكم فائق السرعة في خصائص الجرافين، وفي الأفق — لصنع ترانزستورات بصرية تعمل بترددات لا تصل إليها الإلكترونيات العادية. النهج نفسه سيفيد في دراسة حالات كمية غير عادية في الجرافين ثنائي الطبقة بعيدًا عن التوازن.
طبقة فضة بسماكة ذرة واحدة على الجرافين — كرقاقة معدنية مُرققة إلى أقصى حد: مجرد «صفحة» واحدة من الذرات، لكنها قادرة على نقل الشحنة وتغيير خصائص المادة المجاورة.
في رواية نيل ستيفنسون «العصر الماسي» تُبرمج المادة على المستوى الذري؛ التحكم في الخصائص الإلكترونية للجرافين بالضوء خطوة نحو هذه الهندسة.