Graphène :la lumière fait circuler les électrons
Le nouveau matériau graphène permet une électronique plus rapide. Des scientifiques de la Faculté de génie électrique et de technologie de l'information de l'Université de technologie de Vienne (TU Vienne) ont développé des détecteurs de lumière en graphène et analysé leurs propriétés étonnantes.
De grands espoirs sont mis sur ce nouveau matériau :Graphène, une structure de carbone en nid d'abeille, constitué d'une seule couche d'atomes, présente des propriétés remarquables. En 2010, le prix Nobel a été décerné pour la découverte du graphène et son comportement. A l'Institut de photonique de la TU de Vienne, les propriétés électroniques et optiques du graphène sont le centre d'intérêt. Des scientifiques viennois pourraient maintenant démontrer à quel point le graphène, remarquablement rapide, convertit les impulsions lumineuses en signaux électriques. Cela pourrait considérablement améliorer l'échange de données entre ordinateurs.
Convertir la lumière en signaux électriques
Lorsque les données sont transmises par des impulsions lumineuses (par exemple dans des câbles à fibres optiques), les impulsions doivent être reconverties en signaux électriques, qui peut être traité par un ordinateur. Cette conversion de la lumière en courant électrique est possible grâce à l'effet photoélectrique, qui a été expliqué à l'origine par Albert Einstein. Dans certains matériaux, la lumière peut amener les électrons à quitter leur position et à traverser librement le matériau, par lequel le courant électrique se produit. « Les détecteurs de lumière qui convertissent la lumière en signaux électroniques existent depuis longtemps. Mais quand ils sont faits de graphène, ils réagissent plus vite que la plupart des autres matériaux ne pourraient le faire », Alexandre Urich explique. Il a étudié les propriétés optiques et électroniques du graphène avec Thomas Müller et le professeur Karl Unterrainer à la TU de Vienne.
Alexander Urich et Thomas Müller avec une puce contenant du graphène
Analyse utilisant des impulsions laser ultra courtes
Les scientifiques avaient déjà montré l'année dernière que le graphène pouvait convertir la lumière en signaux électroniques à une vitesse remarquable. Cependant, le temps de réaction du matériau n'a pas pu être déterminé - l'effet photoélectrique du graphène est si rapide qu'il ne peut tout simplement pas être mesuré par les méthodes de mesure habituelles. Mais maintenant, des astuces technologiques sophistiquées pourraient faire la lumière sur les propriétés du graphène. A la TU Vienne, des impulsions laser ont été tirées sur le photo-détecteur de graphène en succession rapide, et le photo-courant résultant a été mesuré. Si le délai entre les impulsions laser est modifié, la fréquence maximale du détecteur peut être déterminée. « Grâce à cette méthode, nous avons pu montrer que nos détecteurs peuvent être utilisés jusqu'à une fréquence de 262 GHz », Thomas Müller (TU Vienne) dit. Cela correspond à une borne supérieure théorique pour le transfert de données utilisant des photo-détecteurs au graphène de plus de 30 gigaoctets par seconde. Il reste à déterminer dans quelle mesure cela est techniquement faisable, mais ce résultat montre clairement la capacité remarquable du graphène et son potentiel pour des applications optoélectroniques.
Signaux rapides pour une électronique rapide
La raison principale pour laquelle les photodétecteurs au graphène peuvent fonctionner à des fréquences aussi élevées est la courte durée de vie des porteurs de charge du graphène. Les électrons qui sont retirés de leur position fixe et contribuent au courant électrique se déposent à une autre position fixe après quelques picosecondes (millionièmes de milliardième de seconde, dix -12 secondes). Dès que cela se produit, le photodétecteur au graphène est prêt pour un autre signal lumineux qui libère de nouveaux électrons, créer le prochain signal électrique.
Le temps de réaction rapide du graphène est un élément de plus sur la liste des propriétés remarquables de ce matériau. Dans le graphène, les porteurs de charge peuvent voyager extrêmement loin sans être dérangés. Il peut absorber la lumière dans une vaste gamme spectrale, de l'infrarouge à la lumière visible - contrairement aux semi-conducteurs standard, qui ne peut absorber qu'une petite partie du spectre. De plus, le graphène peut conduire la chaleur extrêmement bien et a une résistance à la rupture exceptionnellement élevée.
