nanoGUNE développe un système de diffusion de lumière compressée sur la surface du graphène

2014/05/26 Carton Virto, Eider - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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Les circuits et dispositifs optiques pourraient traiter et calculer l'information beaucoup plus rapidement que les électroniques. Mais une des limites est dans la lumière elle-même. Selon le chercheur Ikerbasque du centre de recherche nanoGUNE de Donostia, Rainer Hillenbrand, « il a besoin de trop d’espace ». En fait, pour que la lumière se dilate, il faut au moins la moitié de son espace de longueur d'onde, beaucoup plus grand que les composants électroniques de base de la dernière génération de nos ordinateurs. C'est pourquoi il est difficile de compresser la lumière et de contrôler son expansion à nanoéchelle par un matériau donné.

NanoGUNE a répondu à ce défi en développant un système basé sur des antennes qui permettra de démarrer et de contrôler la lumière « compressée » qui se propage à travers le graphène.

Cette lumière “compressée” est un plasmon superficiel. Ils sont générés à partir de l'interaction des électrons de conduite avec la lumière d'une certaine longueur d'onde, qui se propagent à travers la surface du matériau, avec une très petite longueur d'onde. Dans le cas du graphène, la longueur d'onde de la lumière piégée dans une couche de graphène peut être considérablement réduite en utilisant des plasmons de graphène en surface: 10-100 fois par rapport à la lumière qui se développe dans l'espace libre. Cela permet à la lumière qui se propage à travers le graphène d'occuper beaucoup moins d'espace et, avec l'idée de le contrôler, de concevoir nanodispositifs optiques.

Des chercheurs de NanoGUNE, ICFO de Barcelone et de Graphenea, menés par Rainer Hillenbrand, ont démontré que le concept d'antenne utilisé pour les ondes radio peut être une bonne solution pour la création et le contrôle de la lumière comprimée. Dans un article publié par le magazine Science, les chercheurs ont démontré que les barres d'or de taille nanométrique (agissant comme antennes de la lumière) incrustées dans le graphène peuvent absorber la lumière infrarouge, ce qui en fait un plasmon de graphène, comme une antenne radio, dans un câble métallique, transforme les ondes radio en ondes électromagnétiques. "Une plate-forme technologique polyvalente basée sur des antennes optiques résonnantes a été présentée pour initier et contrôler l'expansion des plasmons de graphène. Cette découverte est une étape importante dans les circuits de plasmons de graphène », explique Hillenbrand.

En 2012, l'équipe de recherche de nanoGUNE a découvert l'existence de plasmons de graphène. Les chercheurs ont jugé plus approprié que les plasmons métalliques pour le développement d'une technologie basée sur les plasmons, en raison du comportement des électrons de conduite dans le graphène, en raison de la plus grande capacité de compression de la lumière. Mais en 2012, ils n'ont pas pu créer des plasmons de graphène.

Maintenant, les chercheurs de nanoGUNE ont fait un pas de plus dans la création de plasmons de graphène et dans la mise en service et le contrôle de leur diffusion de manière simple. Les principaux avantages de la plate-forme présentée seraient que seule une excitation optique est suffisante pour générer des plasmons de graphène, avec le dispositif compact, et que la phase de plasmons et le front d'onde peuvent être commandés directement, en adaptant la géométrie des antennes. Dans NanoGUNE, Pablo Alonso-González a noté que « cela est fondamental pour développer des applications basées sur l'approche et la direction de la lumière ».

Le chercheur en graphène de l'Université de Manchester, Alexander Grigorenko, a mis en avant la plate-forme présentée par nanoGUNE sur le site Physicsworld, avec les mots suivants: « Ce travail est plus qu’une réalisation scientifique significative ; (...) je dirais que dans le monde seulement deux laboratoires peuvent faire quelque chose comme ce qu’ils ont fait. »