La technique de génération de haute intensité, des impulsions optiques ultra-courtes développées par les lauréats du prix Nobel de physique 2018, Professeur Gérard Mourou et Dr Donna Strickland, fournit la base d'importantes approches scientifiques utilisées dans la recherche de Swinburne.

ARC Centre of Excellence for Future Low Energy Electronics Technologies (FLEET) Chercheur en chef à Swinburne, Professeur agrégé Jeff Davis, utilise des impulsions laser d'une durée de quelques quadrillions de seconde pour enquêter sur de nouveaux, des matériaux complexes qui pourraient être utilisés dans la future électronique basse énergie.

Le domaine d'étude est la spectroscopie ultrarapide « femtoseconde » – une femtoseconde est un millionième de milliardième de seconde.

"Ces impulsions de très courte durée sont nécessaires pour mesurer l'évolution de particules subatomiques comme les électrons, " explique le professeur agrégé Davis.

« Quand vous voulez mesurer la vitesse à laquelle quelque chose bouge, vous avez besoin d'un pistolet de démarrage pour mettre les choses en marche et quelque chose pour arrêter l'horloge.

« Dans une course de 100 mètres, c'est simple car le temps nécessaire pour parcourir 100 mètres est lent par rapport à la vitesse à laquelle vous pouvez appuyer sur les boutons d'un chronomètre.

"Mais quand on veut mesurer l'évolution précise des électrons, qui peuvent changer leurs propriétés ou leur état en femtosecondes, vous devez pouvoir démarrer et arrêter l'horloge beaucoup, Plus vite. Nous utilisons des impulsions laser femtosecondes pour y parvenir."

Swinburne a la plus forte concentration de systèmes laser ultrarapides dans l'hémisphère sud, beaucoup s'appuyant sur la technique mise au point par le Dr Strickland et le professeur Mourou. En réalité, Swinburne a été le premier laboratoire en Australie à installer l'un de ces systèmes laser amplifiés, en 1998, pour fournir une compréhension fondamentale des nouveaux matériaux.

Amplification des impulsions chirpées

Le développement de l'amplification à impulsions chirpées (CPA) par le professeur Mourou et le Dr Strickland a permis des découvertes scientifiques dans de nombreux domaines.

Le CPA permet de produire des impulsions à haute énergie toutes les microsecondes - un million d'impulsions par seconde - ce qui signifie que les mesures de spectroscopie peuvent être effectuées dans un délai raisonnable, permettant d'acquérir suffisamment de données pour minimiser les niveaux de bruit sur les signaux faibles.

Cela permet également de faire varier différents paramètres de contrôle pour construire une image complète des facteurs importants affectant la dynamique et les mécanismes du processus d'intérêt spécifique.

L'énergie extrêmement élevée de l'impulsion laser garantit l'efficacité des processus non linéaires. Cela permet aux chercheurs de « régler » la longueur d'onde, produire de la lumière laser à travers le spectre électromagnétique, de l'infrarouge lointain, par la lumière visible, ultraviolets et même rayons X.

Sonder les propriétés et forcer les états temporaires à FLEET

En plus de sonder des matériaux nouveaux et complexes, ces hautes énergies, des impulsions laser ultracourtes peuvent être utilisées pour contrôler les propriétés de ces matériaux, et même les pousser à changer d'état, devenir de nouveaux états quantiques de la matière.

"Dans FLOTTE, nous développons des moyens de changer les matériaux bidimensionnels d'isolants triviaux en ce qu'on appelle des isolants topologiques, et de retour, " explique le professeur agrégé Davis.

Les isolants topologiques sont un état de la matière relativement nouveau, reconnu par le prix Nobel de physique 2016, qui ne conduisent pas l'électricité à l'intérieur, mais plutôt le courant électrique peut circuler sur les bords sans résistance, et donc sans perte d'énergie.

FLEET profitera de cette propriété unique pour développer une nouvelle génération d'appareils électroniques topologiques qui ne gaspillent pas d'énergie lors de la commutation.

La technologie proposée pourrait également potentiellement basculer beaucoup plus rapidement que l'actuel, électronique à base de silicium.

"Les impulsions laser ultrarapides permettent un contrôle exquis sur les propriétés du matériau, nous offrant le potentiel d'une commutation ultrarapide, " dit le professeur agrégé Davis.

"Ce contrôle exquis et notre mesure ultrarapide de la dynamique nous permettront de bien comprendre ces transitions de phase, nous permettant d'optimiser leur contrôle dans les futurs appareils.

"Donc, c'est la science fondamentale, mais avec une application immédiate, " explique le professeur agrégé Davis.

"Ces expériences améliorent notre compréhension fondamentale des transitions de phase topologiques, et nous utilisons ces connaissances dans nos enquêtes sur les futures ultra-basse énergie, électronique à base topologique."