
Группа физиков из Университета Манчестера в соавторстве с Нобелевским лауреатом Константином Новосёловым научилась с помощью графена изменять характеристики испускаемого излучения терагерцового лазера. Это стало возможным благодаря особым свойствам двумерного материала — возможности легко изменять его электронную структуру. Работа опубликована в журнале Science.
Устройство представляет собой систему из квантово-каскадного лазера и волновода, поверх которого ученые поместили лист графена большой площади. Излучение, полученное с помощью лазера, распространяется по волноводу, и может изменяться за счет его взаимодействия с электронной структурой системы графен-волновод. 
В квантово-каскадном лазере излучение генерируется за счет электронных переходов между слоями гетероструктуры — «стопки» из тонких пленок полупроводников. В отличие от обычных полупроводниковых устройств, спектр излучения квантово-каскадных лежит в инфракрасной области, в том числе с их помощью можно получить и терагерцовое излучение.
Авторы работы использовали в качестве среды распространения полученного лазерного луча металлический волновод, на который «положили» слой графена. Волновод в свою очередь, поместили внутрь оптического резонатора — системы зеркал, в которой многократно отражающиеся фотоны образуют стоячие волны с определенным набором частот. Изменение характеристик светового пучка происходило за счет взаимодействия световых волн в резонаторе и коллективных электронных колебаний в графене — квазичастиц-плазмонов.
Поскольку электронные свойства графена можно менять в широких пределах, например, направленно создавая дефекты или встраивая в его структуру другие атомы, таким образом, можно менять и частоты плазмонов материала. По словам авторов, взаимодействие между поверхностными плазмонами и лазером способно изменять свойства резонатора и тем самым менять частоту и усиление отдельных мод (длин волн) излучения будущего лазера.
