グラフェンは、わたしたちを驚かせ続けている。実際に、「Graphene Flagship」と呼ばれるプロジェクトの研究者チームが、グラフェンの新しい性質を発表したばかりだ。

その性質とは、電気的に制御可能な光第3次高調波を発生させる能力である。ミラノ工科大学、ケンブリッジ大学、イタリアテクノロジー研究所（IIT）の研究者たちが『Nature Nanotechnology』で公表した。この発見は、いままで使われてこなかった光の周波数を利用してデータを加工し、ブロードバンド上で莫大な量を送信できる小型光学装置の開発の基礎になることだろう。

「グラフェンはわたしたちを常に驚かせ続ける物質です」と、ミラノ工科大学物理学科のジュリオ・チェルッロは語る。「わたしたちの研究では、グラフェンが命令に基づいて点灯し、電気的に効率性を制御して新しい色の光を発生させる能力をもつことを発見しました」

驚くほど強い非線形光学的反応

ここで一歩前に戻ろう。専門用語で「光高調波発生」とは、高強度のレーザーが物質と相互作用を起こすときに新しい色をつくり出す非線形光学的プロセスのことだ。この研究において第3次高調波の発生として意図されているのは、周波数が投射光のものの3倍となる光の生成だ。このようにして、不可視赤外線から強烈な可視光をつくり出すことが可能になるという。

IMAGE COURTEST OF GIANCARLO SOAVI/UNIVERSITY OF CAMBRIDGE

「存在する最も薄い物質グラフェンは、無視できる程度の光学的反応しかもたないとわたしたちは考えていました」とチェルッロは続ける。「ところが、この物質が驚くほど強い非線形光学的反応をもつことをわたしたちは発見しました。それだけではありません。電圧を加えることにより、グラフェンの光学的反応の強さを制御することに成功したのです」

実際に研究者たちは初めて、第3次高調波発生のプロセスが外的な電場の利用により制御できることを示した。言い換えれば、グラフェンにより生み出された可視光は、この物質にかけられた電圧を通して非常に簡単な方法で点けたり消したりできる。

「まったく予期していなかった性質です」とチェルッロはコメントする。「そしてこれができる唯一の物質です」

グラフェンのこの新しい光学的性質により、将来完全に新しい微細な装置が開発できるようになるとこの専門家は説明する。「いまわたしたちは、グラフェンのこの革新的な性質をどのように応用できるかを解明しようとしています」

チェルッロはこのように指摘する。「例えば、光ファイバーで送られる光の情報を加工することで、さらに大量の情報をより高速に送信できる通信装置の開発につながるのです」