En óptica no lineal tenemos un sueño, un material transparente con propiedades ópticas no lineales a baja intensidad luminosa. La no linealidad de Kerr del grafeno es cuatro órdenes de magnitud mayor que la de la sílice (fibra óptica convencional). Sin embargo, su coeficiente de absorción es enorme, con lo que para obtener una modulación de la fase de 180 grados (requisito casi imprescindible para la computación completamente óptica) se necesita una intensidad de luz muy similar (en concreto, ΔΦ = 2π n₂ L_abs I ≈ 0,25 × 10⁻¹⁰ I). La gran esperanza del grafeno en óptica no lineal se la lleva el viento. ¿Un dopado adecuado puede resolver este problema? No, lo siento mucho, tampoco parece que ayude, como nos cuenta Jacob B khurgin, «Graphene – a rather ordinary nonlinear optical material,» arXiv:1402.3870 [physics.optics]. Una pena.

Las aplicaciones de la óptica no lineal son una realidad en todos los laboratorios del mundo desde hace tres décadas, sin embargo, no las puedes encontrar en productos comerciales de uso generalizado por dos razones: la primera, que se requieren láseres de gran intensidad, que son muy costosos y consumen mucha energía; y la segunda, porque la tecnología óptica lineal, mucho más barata, ha avanzado en paralelo en las últimas décadas y ha dejado muy poco espacio para la no lineal. La gran esperanza de la óptica no lineal es la computación completamente óptica (dispositivos similares a los ordenadores, aunque mucho más pequeños y de propósito específico, que funcionen sólo con luz). Sin embargo, el coste ha relegado estos dispositivos a los laboratorios de investigación.

Mi trabajo en óptica no lineal ha derivado con los años hacia los cristales líquidos nemáticos. Todavía no se utiliza el grafeno en cristales líquidos, aunque el año pasado se propusieron algunas opciones en el contexto de las pantallas de cristal líquido (por ejemplo, C. Zakri et al., «Liquid crystals of carbon nanotubes and graphene,» Philos. Trans. A Math. Phys. Eng. Sci. 371: 20120499, Apr 2013; W. Tie et al., «Dynamic electro-optic response of graphene/graphitic flakes in nematic liquid crystals,» Optics Express 21: 19867-19879, Aug 2013). Todavía queda mucho hueco para nuevos avances. Incluso si no se pueden incrementar los efectos no lineales, queda la esperanza de un control espacial del índice de refracción no lineal, algo que enraíza en mi línea de investigación.

El grafeno es muy interesante en el campo de la plasmónica (A. N. Grigorenko, M. Polini, K. S. Novoselov, «Graphene plasmonics,» Nature Photonics 6: 749-758, Nov 2012) y podría tener interesantes aplicaciones en el desarrollo de células solares orgánicas en paneles fotovoltaicos, reemplazando los electrodos de óxido de indio y estaño (W. S. Koh et al., «The potential of graphene as an ITO replacement in organic solar cells: An optical perspective,» IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 20: 4000107, Jan-Feb 2014). Bueno, en realidad no se trata de grafeno, ya que conviene usar entre 2 y 4 capas de grafeno; aún así es una aplicación muy prometedora (aunque yo no trabaje en estas lides).

La esperanza es lo último que se pierda. Los que trabajamos en efectos ópticos no lineales exóticos nunca perdemos la esperanza de que algún día se descubra un material con las propiedades que añoramos. Como no se pierde nada soñando, además nos gustaría que sus propiedades no lineales se observaran con luz de baja intensidad. Un futuro que, conforme uno envejece, parece más imposible cada día. Pero quien sabe, murallas más grandes han caído.