Les ondes térahertz couvrent des gammes de fréquences entre le spectre infrarouge (utilisé, par exemple, pour la vision nocturne) et les ondes gigahertz (qui trouvent leur application, Parmi d'autres, dans les connexions Wi-Fi). Les ondes térahertz permettent la détection de matériaux indétectables à d'autres fréquences. Cependant, l'utilisation de ces ondes est fortement limitée par l'absence de dispositifs et de matériels adaptés permettant de les contrôler. Chercheurs à l'Université de Genève (UNIGE), en collaboration avec l'École polytechnique fédérale de Zurich (ETHZ) et deux équipes de recherche espagnoles, ont développé une technique basée sur l'utilisation du graphène, ce qui permet un contrôle potentiellement très rapide de l'intensité et de la polarisation de la lumière térahertz. Cette découverte, Présenté dans Communication Nature , ouvre la voie à une utilisation pratique des ondes térahertz, notamment pour l'imagerie et les télécommunications.

Le graphène est une couche atomique unique d'atomes de carbone qui forment un réseau en nid d'abeille. On le trouve par exemple dans le graphite, constituant principal des crayons. Au Département de physique de la matière quantique de la Faculté des sciences de l'UNIGE, L'équipe d'Alexey Kuzmenko travaille depuis plusieurs années sur les propriétés physiques du graphène. "L'interaction entre le rayonnement térahertz et les électrons dans le graphène est très forte et nous sommes donc arrivés à l'hypothèse qu'il devrait être possible d'utiliser le graphène pour gérer les ondes térahertz, " explique Kuzmenko.

Travaillant dans le cadre du projet européen Graphene Flagship, des scientifiques ont fabriqué un transistor à base de graphène adapté aux ondes térahertz. "En combinant le champ électrique, qui permet de contrôler le nombre d'électrons dans le graphène et laisse ainsi passer plus ou moins de lumière, avec le champ magnétique, qui courbe les orbites électroniques, nous avons pu contrôler non seulement l'intensité des ondes térahertz, mais aussi leur polarisation, " commente Jean-Marie Poumirol, membre de l'équipe de recherche de l'UNIGE et premier auteur de l'étude. "Il est rare que des effets purement électriques soient utilisés pour contrôler les phénomènes magnétiques." Les scientifiques sont désormais capables d'appliquer un tel contrôle sur une gamme complète de fréquences térahertz.

Applications pratiques des ondes térahertz

Aujourd'hui, l'objectif de l'équipe de recherche de l'UNIGE est de passer du prototype, et développer des applications pratiques et de nouvelles opportunités en contrôlant les ondes térahertz. Leur objectif est de rendre les ondes térahertz compétitives industriellement dans les prochaines années. Il existe deux principaux domaines d'application pour cette innovation, le premier étant les communications. "En utilisant un film de graphène associé à des ondes térahertz, nous devrions être potentiellement capables d'envoyer des informations entièrement sécurisées à des vitesses d'environ 10 à 100 fois plus rapides qu'avec le Wi-Fi ou les ondes radio, et le faire en toute sécurité sur de courtes distances, " explique Poumirol. Cela présenterait un avantage non négligeable dans les télécommunications. Le deuxième domaine d'application est celui de l'imagerie. Etant non ionisant, les ondes térahertz n'altèrent pas l'ADN et sont donc très utiles en médecine, biologie et pharmacie. En outre, le contrôle de la polarisation circulaire des ondes térahertz permettra de distinguer les différentes symétries (gauche ou droite) des molécules biologiques, qui est une propriété très importante dans les applications médicales. Par ailleurs, il y a potentiellement une application très puissante de ces vagues dans la sécurité intérieure. Kuzmenko continue, "Les ondes térahertz sont stoppées par les métaux et sont sensibles aux plastiques et aux matières organiques. Cela pourrait conduire à des moyens plus efficaces de détection des armes à feu, drogues et explosifs transportés par des individus, et pourrait peut-être servir d'outil pour renforcer la sécurité des aéroports."