Révolution des semi-conducteurs : des éclairs de lumière contrôlent des composants ultra-rapides !

Révolution des semi-conducteurs : des éclairs de lumière contrôlent des composants ultra-rapides !

Une équipe de recherche internationale composée de physiciens de l'Université de Bielefeld et de l'Institut Leibniz de recherche sur l'état solide et les matériaux de Dresde (IFW Dresden) a réalisé des progrès significatifs dans le contrôle des technologies de semi-conducteurs atomiquement minces. L'étude, publiée dans Nature Communications, décrit une nouvelle méthode de manipulation de ces matériaux utilisant des éclats de lumière extrêmement courts dans la gamme des térahertz. Cette technique pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération de dispositifs optoélectroniques contrôlés directement par la lumière, marquant une révolution dans le domaine des dispositifs ultrarapides.

La lumière térahertz, qui se situe dans le spectre électromagnétique compris entre l'infrarouge et les micro-ondes, est transformée en champs électriques verticaux par des nanoantennes spécialement développées. Ces nanostructures, développées à l'IFW Dresden sous la direction du Dr Andy Thomas, ont produit des intensités de champ électrique de plusieurs mégavolts par centimètre. Selon le Dr Dmitry Turchinovich, chef du projet, les tensions de grille électroniques traditionnelles offrent des temps de réponse lents, tandis que la nouvelle approche offre la possibilité de générer des signaux de commande puissants dans le matériau semi-conducteur, permettant ainsi un contrôle en temps réel de la structure électronique sur des échelles de temps inférieures à la picoseconde.

De nouvelles perspectives pour les technologies des semi-conducteurs

Ces avancées sont particulièrement pertinentes pour le développement de dispositifs de contrôle de signaux ultra-rapides, de commutateurs et de capteurs électroniques. Les applications possibles vont de la transmission de données aux caméras ultra-rapides en passant par les appareils laser. La recherche pourrait avoir un impact non seulement sur les systèmes de communication et l’informatique, mais également sur les technologies d’imagerie et quantiques.

En outre, une autre équipe dirigée par la TU Dresden a réalisé des progrès significatifs dans la recherche sur les matériaux ultra-fins. Dans une expérience menée au Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR), des scientifiques ont démontré l'interaction rapide entre des particules lumineuses électriquement neutres et chargées, appelées excitons. Ceux-ci peuvent être convertis en trions, ce qui ouvre de nouvelles possibilités de contrôle électronique et optique. Les résultats de cette expérience ont été publiés dans Nature Photonics.

La vitesse de commutation de ce nouveau processus est presque mille fois plus rapide que celle des méthodes électroniques traditionnelles. En utilisant un laser à électrons libres (FELBE) pour générer d’intenses impulsions térahertz, l’équipe dirigée par le professeur Alexey Chernikov et le Dr Stephan Winnerl accélère considérablement le processus de commutation.

Perspectives d'avenir et applications

Les résultats des deux approches de recherche laissent entrevoir des applications techniques prometteuses dans la technologie des capteurs et le traitement des données optiques. Les recherches futures pourraient se concentrer sur les états et plates-formes électroniques complexes pour développer de nouveaux modulateurs et des caméras térahertz riches en pixels.

La combinaison des deux approches montre comment la technologie térahertz et la recherche innovante sur les semi-conducteurs s'associent pour réaliser des avancées significatives dans la science des matériaux. Ces développements pourraient non seulement révolutionner les technologies existantes, mais également ouvrir de nouveaux domaines d'application et ainsi exploiter pleinement le potentiel de ces matériaux.