“De eeuw van de lichttechnologie”: deze bijnaam kreeg de 21ste eeuw dankzij het toenemende belang van fotonica voor wetenschap, industrie en economie. Fotonica of “technologie van het licht” is vandaag niet meer weg te denken uit tal van technische systemen in ieders dagelijkse leven. Met het NEXCENTRIC-project, gefinancierd door de European Research Council (ERC), onderzoekt Prof. Nathalie Vermeulen van de VUB-fotonicagroep B-PHOT ultracompacte lasers die gemaakt zijn uit koolstofgebaseerde materialen, om zo nog meer praktische toepassingen van fotonicatechnologie op grote schaal mogelijk te maken.  

We gebruiken fotonica elke dag

“Kan je dan mooie foto’s maken?” Een veelgehoorde vraag als je uitlegt dat je met fotonica bezig bent. De term ‘elektronica’ daarentegen is iedereen bekend. Daar waar elektronica werkt met de eigenschappen van het elektron, is fotonica gebaseerd op het lichtdeeltje, het foton. Fotonica is de drijvende kracht achter allerlei soorten innovatie rondom ons: ultrasnel internet via glasvezels, geavanceerde touch screens in smartphones, drie-dimensionele beeldprojectie in de bioscoop, energiezuinige LED-verlichting, milieuvriendelijke zonne-energie, hoogtechnologische kijkoperaties, optische sensoren in de gezondheidszorg… Kortom, er gaat geen dag voorbij zonder (onbewust) gebruik te maken van fotonica.

Hoe kleiner, hoe beter

Net als in de elektronica streeft men er in de fotonica naar om zeer compacte componenten te ontwikkelen, die bij voorkeur op een chip kunnen worden gefabriceerd. Zo boekten fotonicaonderzoekers de afgelopen jaren veel vooruitgang in de realisatie van “on-chip” lichtbronnen die een brede waaier aan kleuren uitzenden. Omdat de chips zo klein zijn, is het echter moeilijk om een hoge energie-efficiëntie uit deze lichtbronnen te halen. Dat probleem wil Prof. Vermeulen van de B-PHOT onderzoeksgroep oplossen door in haar ERC NEXCENTRIC project chips te maken bedekt met speciale koolstofgebaseerde materialen die unieke optische eigenschappen bezitten. Vooral grafeen, een nieuw materiaal dat bestaat uit één enkele laag koolstofatomen en dat pas in 2004 voor het eerst kon aangetoond worden, is veelbelovend om de lichtopbrengst in de chips sterk te verbeteren. Vorig jaar heeft B-PHOT als allereerste groep experimenteel aangetoond dat grafeen inderdaad potentieel heeft om het opwekken van veelkleurig licht op een chip sterk te verbeteren, maar dat in sommige gevallen het materiaal van de chip zelf de lichtemissie door het grafeenmateriaal tegenwerkt.  Deze onverwachte vinding heeft nieuwe inzichten opgeleverd rond de basiseigenschappen van grafeen en het gebruik ervan in combinatie met andere materialen.

Geen naalden meer

Het NEXCENTRIC-project moet “on-chip” lichtbronnen dus energie-efficiënter maken, en zo ook de weg openen voor grootschalig gebruik ervan. Dergelijk compacte, efficiënte chips bewijzen hun nut in diverse domeinen, waaronder de medische sector. Waar het glucoseniveau van diabetespatiënten nu nog met een prik gemeten wordt, zou dat dankzij dit onderzoek in de toekomst op een optische manier veel simpeler en pijnvrij kunnen. Dankzij het licht dat de chips uitstralen, kan dan het glucosegehalte in de huid van diabetespatiënten op een optische manier geanalyseerd worden. De chips maken ook optische veiligheidscontroles van drinkwater na eventuele besmetting mogelijk. Zo wil B-PHOT een brug slaan tussen fundamenteel onderzoek rond deze lichtbronnen en het praktische gebruik ervan in dagelijkse toepassingen.