Une électronique plus rapide et plus puissante : Une nouvelle méthode de contrôle de la lumière térahertz pourrait transformer l'électronique

Des chercheurs de l'Istituto Nanoscienze du CNR ont démontré une nouvelle façon d'accorder avec précision le comportement de la lumière et des électrons dans la gamme de fréquences térahertz (THz), une partie encore peu explorée du spectre électromagnétique. Cette réalisation, décrite en détail dans la revue Light : Science and Applications, pourrait déboucher sur des dispositifs accordables et économes en énergie pour un large éventail d'applications, de la communication ultrarapide à l'informatique quantique.

Bien que la lumière puisse être utilisée pour transmettre des informations dans des dispositifs à l'échelle nanométrique, les scientifiques ont été confrontés au défi de confiner et de guider la lumière à l'échelle nanométrique en raison de sa longueur d'onde relativement importante. Cette nouvelle recherche s'est concentrée sur les ondes hybrides appelées polaritons plasmoniques de Dirac (DPP), qui peuvent être comprimées dans des espaces des centaines de fois plus petits que leur longueur d'onde naturelle.

Pour y parvenir, les chercheurs ont conçu une classe spéciale de matériaux appelés isolants topologiques. Ils ont créé de minuscules bandes couplées latéralement (métaéléments) à partir d'un matériau avancé appelé _Bi2Se3 épitaxié. En ajustant avec précision les espaces microscopiques entre ces bandes, l'équipe de recherche a pu manipuler la longueur d'onde des ondes THz.

Les études ont donné deux résultats positifs. L'équipe a réussi à raccourcir la longueur d'onde de 20 % et, dans le même temps, les ondes ont couvert environ 50 % de distance en plus avant de perdre une quantité critique d'énergie. Ces deux réalisations permettent de relever les principaux défis qui ont entravé l'adoption des DPP dans des applications réelles.

Ce niveau de contrôle de la lumière THz pourrait permettre le développement d'appareils capables de transmettre des données à des taux plus élevés que ceux disponibles dans les appareils actuels. Il pourrait également ouvrir la voie à une nouvelle ère dans les domaines de l'informatique quantique, de l'imagerie médicale et de la photonique.