Une équipe dirigée par les physiciens du TUM Alexander Holleitner et Reinhard Kienberger a réussi pour la première fois à générer des impulsions électriques ultracourtes sur une puce en utilisant des antennes métalliques de quelques nanomètres seulement. Les impulsions de longueur femtoseconde provenant du laser de pompage (à gauche) génèrent des impulsions électriques sur puce dans la gamme de fréquences térahertz. Avec le bon laser, les informations sont relues. Crédit :Christoph Hohmann / NIM, Holleitner / TUM
Une équipe dirigée par les physiciens du TUM Alexander Holleitner et Reinhard Kienberger a réussi pour la première fois à générer des impulsions électriques ultracourtes sur une puce en utilisant des antennes métalliques de quelques nanomètres seulement, puis faire passer les signaux à quelques millimètres au-dessus de la surface et les relire de manière contrôlée. La technologie permet le développement de nouveaux, puissants composants térahertz.
L'électronique classique permet des fréquences jusqu'à environ 100 gigahertz. L'optoélectronique utilise des phénomènes électromagnétiques à partir de 10 terahertz. Cette plage intermédiaire est appelée l'écart térahertz, puisque les composants pour la génération de signaux, la conversion et la détection ont été extrêmement difficiles à mettre en œuvre.
Les physiciens du TUM Alexander Holleitner et Reinhard Kienberger ont réussi à générer des impulsions électriques dans la gamme de fréquences jusqu'à 10 térahertz en utilisant de minuscules, antennes dites plasmoniques et les faire passer sur une puce. Les chercheurs appellent les antennes plasmoniques si leur forme amplifie l'intensité lumineuse au niveau des surfaces métalliques.
La forme asymétrique des antennes est importante. Un côté des structures métalliques de taille nanométrique est plus pointu que l'autre. Lorsqu'une impulsion laser focalisée sur la lentille excite les antennes, ils émettent plus d'électrons sur leur côté pointu que sur les côtés plats opposés. Un courant électrique circule entre les contacts, mais seulement tant que les antennes sont excitées par la lumière laser.
« En photoémission, l'impulsion lumineuse provoque l'émission d'électrons du métal dans le vide, " explique Christoph Karnetzky, auteur principal de la La nature étudier. "Tous les effets de lumière sont plus forts sur le côté pointu, y compris la photoémission que nous utilisons pour générer une petite quantité de courant."
Image microscopique électronique de la puce avec des antennes plasmoniques asymétriques en or sur saphir. Crédit :A. Holleitner / TUM
Les impulsions lumineuses n'ont duré que quelques femtosecondes. Les impulsions électriques dans les antennes étaient également courtes. Techniquement, la structure est intéressante car les nano-antennes peuvent être intégrées dans des circuits térahertz de quelques millimètres de diamètre seulement. De cette façon, une impulsion laser femtoseconde avec une fréquence de 200 terahertz pourrait générer un signal térahertz ultra-court avec une fréquence allant jusqu'à 10 terahertz dans les circuits de la puce, selon Karnetzky.
Les chercheurs ont utilisé le saphir comme matériau de la puce car il ne peut pas être stimulé optiquement et, ne provoque donc aucune interférence. En vue des futures applications, ils ont utilisé des lasers à longueur d'onde de 1,5 micron déployés dans des câbles à fibre optique Internet traditionnels.
Holleitner et ses collègues ont fait une autre découverte étonnante :les impulsions électriques et térahertz ne dépendaient pas linéairement de la puissance d'excitation du laser. Cela indique que la photoémission dans les antennes est déclenchée par l'absorption de plusieurs photons par impulsion lumineuse.
"Tellement rapide, les impulsions non linéaires sur puce n'existaient pas jusqu'à présent, " dit Alexander Holleitner. En utilisant cet effet, il espère découvrir des effets d'émission tunnel encore plus rapides dans les antennes et les utiliser pour des applications de puces.
