De nouvelles recherches de l'Université de Surrey ont montré que le silicium pourrait être l'un des matériaux les plus puissants pour la manipulation d'informations photoniques, ouvrant de nouvelles possibilités pour la production de lasers et d'écrans.

Alors que l'extraordinaire succès des puces informatiques a confirmé le silicium comme matériau principal pour le contrôle de l'information électronique, le silicium a la réputation d'être un mauvais choix pour la photonique; il n'y a pas de diodes électroluminescentes au silicium disponibles dans le commerce, lasers ou écrans.

Maintenant, dans un article publié par Lumière :science et applications journal, une équipe internationale de scientifiques dirigée par Surrey a montré que le silicium est un candidat exceptionnel pour créer un dispositif capable de contrôler plusieurs faisceaux lumineux.

Cette découverte signifie qu'il est désormais possible de produire des processeurs au silicium avec des capacités intégrées pour que les faisceaux lumineux contrôlent d'autres faisceaux, augmentant ainsi la vitesse et l'efficacité des communications électroniques.

Ceci est possible grâce à la bande de longueur d'onde appelée région de l'infrarouge lointain ou térahertz du spectre électromagnétique. L'effet fonctionne avec une propriété appelée non-linéarité, qui est utilisé pour manipuler des faisceaux laser, par exemple, changer leur couleur. Les pointeurs laser verts fonctionnent de cette façon :ils prennent la sortie d'une diode laser infrarouge très bon marché et efficace mais invisible et changent la couleur en vert avec un cristal non linéaire qui divise par deux la longueur d'onde.

D'autres types de non-linéarité peuvent produire un faisceau de sortie avec un tiers de la longueur d'onde ou être utilisés pour rediriger un faisceau laser pour contrôler la direction des informations du faisceau. Plus la non-linéarité est forte, plus il est facile de contrôler avec des faisceaux d'entrée plus faibles.

Les chercheurs ont découvert que le silicium possédait la plus forte non-linéarité de ce type jamais découverte. Bien que l'étude ait été réalisée avec le cristal refroidi à des températures cryogéniques très basses, de telles non-linéarités signifient que des faisceaux extrêmement faibles peuvent être utilisés.

Ben Murdin, co-auteur de l'étude et professeur de physique à l'Université de Surrey, mentionné, "Notre découverte a été chanceuse car nous ne la cherchions pas. Nous essayions de comprendre comment un très petit nombre d'atomes de phosphore dans un cristal de silicium pouvait être utilisé pour fabriquer un ordinateur quantique et comment utiliser des faisceaux lumineux pour contrôler les informations quantiques stockées dans les atomes de phosphore.

« Nous avons été étonnés de constater que les atomes de phosphore réémettaient des faisceaux lumineux presque aussi brillants que le laser très intense que nous brillions sur eux. Nous avons mis les données de côté pendant quelques années pendant que nous pensions à prouver où se trouvaient les faisceaux. C'est un excellent exemple de la façon dont la science procède par accident, et aussi comment les équipes paneuropéennes peuvent encore travailler ensemble de manière très efficace."