Le contrôle du courant électronique est essentiel à l'électronique moderne, car les données et les signaux sont transférés par des flux d'électrons contrôlés à grande vitesse. Les exigences en matière de vitesses de transmission augmentent également à mesure que la technologie se développe. Des physiciens de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ont réussi à allumer un courant avec une direction souhaitée dans le graphène en utilisant une seule impulsion laser en une femtoseconde - une femtoseconde correspond à la millionième partie d'un milliardième de seconde. C'est plus de mille fois plus rapide que les transistors les plus efficaces aujourd'hui.

Les scientifiques ont déjà montré qu'il est possible de diriger des électrons avec des ondes lumineuses dans les gaz, matériaux isolants et semi-conducteurs. Ainsi, en principe, il est possible de contrôler le courant. Cependant, ce concept n'a pas encore été appliqué aux métaux car la lumière ne peut généralement pas pénétrer dans le matériau pour contrôler les électrons. Pour éviter cet effet, les physiciens des groupes de travail du Prof. Dr. Peter Hommelhoff et du Prof. Dr. Heiko Weber ont utilisé du graphène, un semi-métal constitué d'une seule couche d'atomes de carbone. Même si le graphène est un excellent conducteur, il est suffisamment fin pour laisser pénétrer un peu de lumière dans le matériau et déplacer les électrons.

Pour leurs expériences, les scientifiques ont tiré des impulsions laser extrêmement courtes avec des formes d'onde spécialement conçues sur le graphène. Lorsque ces ondes lumineuses frappent le graphène, les électrons à l'intérieur ont été projetés dans une direction, comme un coup de fouet. "Sous des champs optiques intenses, un courant a été généré dans une fraction d'un cycle optique - une demi-femtoseconde. Il était surprenant qu'en dépit de ces forces énormes, la mécanique quantique joue toujours un rôle clé, " explique le Dr Takuya Higuchi de la Chaire de physique des lasers, le premier auteur de la publication.

Les chercheurs ont découvert que le processus de génération actuel dans le graphène suit une mécanique quantique compliquée. Les électrons voyagent de leur état initial à l'état excité par deux chemins plutôt qu'un seul, semblable à une route fourchue menant à la même destination. Comme une vague, les électrons peuvent se séparer à la fourche et circuler simultanément sur les deux routes. En fonction de la phase relative entre les ondes d'électrons séparées, quand ils se reverront, le courant peut être très grand, ou pas du tout présent. « C'est comme une vague d'eau. Imaginez une vague qui se brise contre un mur d'un bâtiment et qui s'écoule en même temps à gauche et à droite du bâtiment. Au bout du bâtiment, les deux parties se rencontrent à nouveau. Si les ondes partielles se rencontrent à leur apogée, une très grande vague en résulte et le courant circule. Si une vague est à son apogée, l'autre à son point le plus bas, les deux s'annulent, et il n'y a pas de courant, ", déclare le professeur Peter Hommelhoff de la chaire de physique des lasers. "Nous pouvons utiliser les ondes lumineuses pour réguler la façon dont les électrons se déplacent et la quantité d'électricité produite."

Les résultats sont une autre étape importante dans l'union de l'électronique et de l'optique. À l'avenir, la méthode pourrait ouvrir une porte pour réaliser une électronique ultrarapide fonctionnant à des fréquences optiques.