Des physiciens de l'Université de Würzburg ont conçu une source lumineuse qui émet des paires de photons, qui sont particulièrement bien adaptés au cryptage de données à l'épreuve des écoutes. Les ingrédients clés de l'expérience :un cristal semi-conducteur et du ruban adhésif.

Les monocouches sont au cœur des activités de recherche. Ces soi-disant "super matériaux" ont été entourés de battage publicitaire au cours de la dernière décennie. C'est parce qu'ils sont très prometteurs pour révolutionner de nombreux domaines de la physique.

En physique, le terme « monocouche » désigne des matériaux solides d'épaisseur minimale. Parfois, ce n'est qu'une seule couche d'atomes d'épaisseur; en cristaux, les monocouches peuvent être de trois couches ou plus. Les experts parlent aussi de matériaux bidimensionnels. Sous cette forme, les monocouches peuvent présenter des propriétés inattendues qui les rendent intéressantes pour la recherche. Les dichalcogénures de métaux de transition (TMDC) sont particulièrement prometteurs. Ils se comportent comme des semi-conducteurs et peuvent être utilisés pour fabriquer des puces ultra-petites et économes en énergie, par exemple.

De plus, Les TMDC sont capables de générer de la lumière lorsqu'ils sont alimentés en énergie. Dr Christian Schneider, Le professeur Sven Höfling et son équipe de recherche de la Chaire de physique technique de la Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) en Bavière, Allemagne, ont exploité exactement cet effet pour leurs expériences.

Les expériences ont commencé avec du ruban adhésif

D'abord, une monocouche a été réalisée à l'aide d'un procédé simple. Les chercheurs ont utilisé un morceau de ruban adhésif pour décoller un film multicouche d'un cristal TMDC. En utilisant la même procédure, ils ont enlevé des couches de plus en plus minces du film, répéter le processus jusqu'à ce que le matériau sur la bande n'ait qu'une couche d'épaisseur.

Les chercheurs ont ensuite refroidi cette monocouche à une température juste au-dessus du zéro absolu et l'ont excitée avec un laser. Cela a amené la monocouche à émettre des photons uniques dans des conditions spécifiques. "Nous avons maintenant pu montrer qu'un type spécifique d'excitation produit non pas un mais exactement deux photons, " explique Schneider. " Les particules lumineuses sont générées par paires, pour ainsi dire."

De telles sources à deux photons peuvent être utilisées pour transférer des informations à 100 pour cent à l'épreuve des écoutes. Dans ce but, les particules légères sont enchevêtrées. L'état du premier photon a alors un impact direct sur celui du deuxième photon, quelle que soit la distance entre les deux. Cet état peut être utilisé pour crypter les canaux de communication.

Les monocouches permettent de nouveaux lasers

Dans une seconde étude, les scientifiques de JMU ont démontré une autre application des monocouches exotiques. Ils ont monté une monocouche entre deux miroirs et l'ont à nouveau stimulée avec un laser. Le rayonnement a excité la plaque TMDC elle-même pour émettre des photons. Ceux-ci ont été réfléchis vers la plaque par les miroirs, où ils ont excité des atomes pour créer de nouveaux photons.

"Nous appelons ce processus le couplage fort, " explique Schneider. Les particules légères sont clonées au cours de ce processus, dans une manière de parler. "Lumière et matière s'hybrident, formant de nouvelles quasi-particules dans le processus :polaritons d'excitons, " dit le physicien. Pour la première fois, il est possible de détecter ces polaritons à température ambiante dans des monocouches atomiques.

A court terme, cela ouvrira de nouvelles applications intéressantes. Les photons "clonés" ont des propriétés similaires à la lumière laser. Mais ils sont fabriqués de manières complètement différentes. Idéalement, la production de nouvelles particules lumineuses est auto-entretenue après l'excitation initiale sans nécessiter d'apport d'énergie supplémentaire. Dans un laser, cependant, le matériau producteur de lumière doit être excité énergétiquement de l'extérieur en permanence. Cela rend la nouvelle source lumineuse très économe en énergie. De plus, il est bien adapté à l'étude de certains effets quantiques.