Het Ames Laboratory en Iowa State University tonen in een publicatie in Physical Review Letters aan dat grafeen twee opto-elektrische eigenschappen heeft die je niet zou verwachten van een materiaal zonder bandgap. De onderzoekers slaagden erin populatie-inversie en optische versterking te bewerkstelligen. Deze resultaten bevestigen dat grafeen bruikbaar is in bijvoorbeeld optische versterkers en modulatoren. Dat grafeen over enkele aantrekkelijke optische eigenschappen beschikt, was al bekend. Zo absorbeert het materiaal alle soorten fotonen en worden daarbij zeer efficiënt elektron-gatparen gegenereerd. Ook reageert het bijzonder snel op licht. Dat heeft geleid tot tamelijk basale applicaties als zonnecellen en fotodetectoren.
De Amerikanen gingen een stapje verder en beschoten grafeen met ultrakorte laserpulsen zodat ze niet-lineaire optische fenomenen onder de loep konden nemen. Het bleek dat de optische geleiding van grafeen verandert van positief naar negatief naarmate de pulsen intenser worden. Met andere woorden: er komt dan meer licht uit, dan erin gaat – optische versterking dus. Tegelijkertijd blijkt er populatie-inversie plaats te vinden zodat een enkel foton een cascadereactie in gang kan zetten waarbij steeds meer fotonen in het infrarode deel van het spectrum worden uitgezonden. Het geëmitteerde licht vertoont dan een versterking van ongeveer 1 procent en dat is behoorlijk wat groter dan de meeste optische halfgeleiderversterkers. Het is sowieso bijzonder dat zo’n grote gain wordt gemeten uit zulke ultrakorte pulsen.