Lumière piégée sur la surface du graphène

2012/06/21 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Lumière au lieu de courant électrique. C'est l'une des options qui ont été proposées pour améliorer la microélectronique actuelle. La lumière est plus rapide que les électrons, mais sans charge électrique, il est difficile de la contrôler électriquement. Un groupe de physiciens de DIPC, CFM, Grafenea et CICNanoGUNE, avec des physiciens de ICFO de Barcelone et IQFR de Madrid, ont relevé ce défi en Gipuzkoa. Les résultats ont été publiés aujourd'hui par la revue Nature. Les physiciens ont utilisé du matériel de graphène pour attraper la lumière infrarouge dans une structure appelée plasmoi et pouvoir la contrôler librement.

« C’est un mélange d’électrons et de lumière », explique Ralph Hillenbrand, chercheur principal de ce travail. La lumière a des limites de taille. Les ondes d'un certain type de lumière ont une longueur déterminée et il n'est pas possible de les contrôler par des procédures optiques avec une précision supérieure à la moitié de cette longueur d'onde.

Mais pour cela, le rayon de lumière que vous voulez contrôler doit devenir autre chose, un plasmon. Les physiciens conduisent le rayon sur une surface et créent un lien avec leurs électrons. Ils disent que l'interaction est collective. Et cette interaction se comporte comme une onde. La lumière est coincée dans cette onde d'électrons. C'est un projet. En outre, l'application d'une différence de potentiel à la surface permet d'introduire plus ou moins d'électrons au plasmon et manipule sa longueur d'onde, amplitude et position. « La longueur d'onde peut être réduite électriquement. C'est très intéressant. Nous pouvons faire la longueur d’onde 40 fois plus petite », dit Hillenbrand. Ils sont partis de la lumière infrarouge, qui a une longueur d'onde de la taille de la micron, et ont créé la plasmoïde de quelques nanomètres.

Cependant, toute surface n'est pas valide. Les physiciens de Gipuzkoa ont utilisé le graphène, un matériau qui est récemment à la mode dans de nombreux domaines de la physique. Il est constitué de couches d'atomes de carbone d'un seul atome d'épaisseur et ses électrons sont disposés sous forme de nuage de gaz en deux dimensions. « Par cette bidimensionnalité, par exemple, les électrons n’agissent pas comme sur la surface d’un métal. Cela vous permet de provoquer n’importe quelle bêtise.»

Grâce à cette technique, vous pouvez capturer, réduire et, si vous le souhaitez, éliminer l'onde lumineuse. De cette façon, vous pouvez construire un commutateur qui, en changeant la différence de potentiel, peut simuler le comportement d'un transistor. Par la suite, on peut émettre la lumière du plasmon, par exemple, pour que la lumière avance dans un circuit optique. Par conséquent, les composants graphiques sont actuellement la meilleure option d'intégration dans ces circuits.

L'idée n'est pas nouvelle, il y a longtemps que certains physiciens ont proposé que des plasmons puissent être créés sur la surface du graphène. « Jusqu’à présent, personne n’a vu les plasmons. Ce sont des mesures indirectes, mais nous et un groupe des États-Unis, nous avons réussi à voir en direct les plasmons », explique Hillenbrand. Pour cela, ils ont préparé un microscope appelé SNOM. “C’est unique au monde et nous l’avons développé dans notre groupe”. Il a été l'œuvre de physiciens de CICnanoGUNE, car avec presque n'importe quel autre type de microscope on ne peut pas voir les plasmons.

Hillenbrand a voulu souligner qu'il a été un travail théorique. Cependant, il ouvre les portes pour les applications: « Maintenant que nous savons que ces ondes existent, les gens peuvent croire cela et commencer à faire des dispositifs qu'ils emploient avec ces vagues. »