Des physiciens de l'Université du Sussex ont développé un source de surface semi-conductrice de grande surface de térahertz, composé de quelques couches atomiques seulement et compatible avec les plateformes électroniques existantes.

Les sources térahertz émettent de brèves impulsions lumineuses oscillant à « des milliards de fois par seconde ». A cette échelle, ils sont trop rapides pour être manipulés par l'électronique standard, et, jusque récemment, trop lent pour être traité par les technologies optiques. Cela a une grande importance pour l'évolution des appareils de communication ultra-rapides au-dessus de la limite de 300 GHz, comme celle requise pour la technologie de téléphonie mobile 6G, ce qui est encore fondamentalement au-delà de la limite de l'électronique actuelle.

Des chercheurs du laboratoire de photonique émergente (EPic) de Sussex, dirigé par le directeur du laboratoire de photonique émergente (EPic), le professeur Marco Peccianti, sont des leaders dans la technologie d'émission térahertz de surface ayant obtenu les sources semi-conductrices de surface les plus brillantes et les plus minces démontrées jusqu'à présent. La région d'émission de leur nouveau développement, une source semi-conductrice de térahertz, est 10 fois plus mince qu'auparavant, avec des performances comparables voire meilleures.

Les couches minces peuvent être placées sur des objets et appareils existants, ce qui signifie qu'ils sont capables de placer une source térahertz dans des endroits qui auraient été inconcevables autrement, y compris des objets du quotidien tels qu'une théière ou même une œuvre d'art - ouvrant un énorme potentiel pour la lutte contre la contrefaçon et "l'internet des objets" - ainsi que des appareils électroniques auparavant incompatibles, comme un téléphone mobile de nouvelle génération.

Dr Juan S. Totero Gongora, Leverhulme Early Career Fellow à l'Université du Sussex, a déclaré :« D'un point de vue physique, nos résultats apportent une réponse longtemps recherchée qui remonte à la première démonstration de sources térahertz basées sur des lasers bicolores. Les semi-conducteurs sont largement utilisés dans les technologies électroniques mais sont restés pour la plupart hors de portée pour ce type de mécanisme de génération térahertz. Nos découvertes ouvrent donc un large éventail d'opportunités passionnantes pour les technologies térahertz."

Dr Luke Peters, Chercheur du projet TIMING du Conseil européen de la recherche à l'Université du Sussex, a déclaré:"L'idée de placer des sources térahertz dans des endroits inaccessibles a un grand attrait scientifique, mais dans la pratique est très difficile. Le rayonnement térahertz peut avoir un rôle superlatif dans la science des matériaux, sciences de la vie et sécurité. Néanmoins, il est encore étranger à la plupart des technologies existantes, y compris les appareils qui communiquent avec les objets du quotidien dans le cadre de l'« Internet des objets » en pleine expansion. Ce résultat est une étape importante dans notre parcours pour rapprocher les fonctions térahertz de notre vie quotidienne."

Situé entre les micro-ondes et l'infrarouge dans le spectre électromagnétique, Les ondes térahertz sont une forme de rayonnement très recherchée dans la recherche et l'industrie. Ils ont une capacité naturelle à révéler la composition matérielle d'un objet en pénétrant facilement des matériaux courants comme le papier, vêtements et plastique de la même manière que les rayons X, mais sans être nuisible.

L'imagerie térahertz permet de « voir » la composition moléculaire des objets et de distinguer les différents matériaux. Les développements précédents de l'équipe du professeur Peccianti ont présenté les applications potentielles des caméras térahertz, qui pourrait transformer la sécurité aéroportuaire, et les scanners médicaux, tels que ceux utilisés pour détecter les cancers de la peau.

L'un des plus grands défis auxquels sont confrontés les scientifiques travaillant dans la technologie térahertz est que ce qui est communément accepté comme une "source térahertz intense" est faible et encombrant par rapport à, par exemple, Une ampoule. Dans de nombreux cas, le besoin de matériaux très exotiques, tels que les cristaux non linéaires, les rend lourds et coûteux. Cette exigence pose des défis logistiques pour l'intégration avec d'autres technologies, tels que les capteurs et les communications ultrarapides.

L'équipe de Sussex a surmonté ces limitations en développant des sources térahertz à partir de matériaux extrêmement minces (environ 25 couches atomiques). En éclairant un semi-conducteur de qualité électronique avec deux types différents de lumière laser, chacun oscillant à une fréquence ou une couleur différente, ils ont pu provoquer l'émission de courtes rafales de rayonnement térahertz.

Cette percée scientifique a été longtemps recherchée par les scientifiques travaillant dans le domaine depuis la première démonstration de sources térahertz à base de lasers bicolores au début des années 2000. Sources térahertz bicolores à base de mélanges spéciaux de gaz, comme l'azote, argon ou krypton, sont parmi les sources les plus performantes disponibles aujourd'hui. Semi-conducteurs, largement utilisé dans les technologies électroniques, sont restés pour la plupart hors de portée pour ce type de mécanisme de génération térahertz.