Des chercheurs du MIT ont proposé un nouveau système qui combine des matériaux ferroélectriques - le genre souvent utilisé pour le stockage de données - avec du graphène, une forme bidimensionnelle de carbone connue pour ses propriétés électroniques et mécaniques exceptionnelles. La technologie hybride résultante pourrait éventuellement conduire à des puces informatiques et de stockage de données qui emballent plus de composants dans une zone donnée et sont plus rapides et moins gourmandes en énergie.

Le nouveau système fonctionne en contrôlant des ondes appelées plasmons de surface. Ces ondes sont des oscillations d'électrons confinés aux interfaces entre les matériaux; dans le nouveau système, les ondes fonctionnent à des fréquences térahertz. De telles fréquences se situent entre celles de la lumière infrarouge lointaine et des transmissions radio micro-ondes, et sont considérés comme idéaux pour les appareils informatiques de nouvelle génération.

Les résultats ont été rapportés dans un article de Lettres de physique appliquée par le professeur agrégé de génie mécanique Nicholas Fang, postdoc Dafei Jin et trois autres.

Le système offrirait une nouvelle façon de construire des appareils interconnectés qui utilisent des ondes lumineuses, tels que les câbles à fibres optiques et les puces photoniques, avec des fils et des appareils électroniques. Actuellement, ces points d'interconnexion forment souvent un goulot d'étranglement qui ralentit le transfert de données et augmente le nombre de composants nécessaires.

Le nouveau système de l'équipe permet de concentrer les vagues à des échelles de longueur beaucoup plus petites, ce qui pourrait conduire à décupler la densité de composants pouvant être placés dans une zone donnée d'une puce, dit Croc.

Le dispositif de preuve de concept initial de l'équipe utilise un petit morceau de graphène pris en sandwich entre deux couches du matériau ferroélectrique pour rendre simple, guides d'ondes plasmoniques commutables. Ce travail a utilisé du niobate de lithium, mais de nombreux autres matériaux de ce type pourraient être utilisés, disent les chercheurs.

La lumière peut être confinée dans ces guides d'ondes jusqu'à une partie de quelques centaines de longueur d'onde en espace libre, Jin dit, ce qui représente une amélioration de l'ordre de grandeur par rapport à tout système de guide d'ondes comparable. "Cela ouvre des domaines passionnants pour la transmission et le traitement des signaux optiques, " il dit.

De plus, le travail peut fournir une nouvelle façon de lire et d'écrire des données électroniques dans des dispositifs de mémoire ferroélectrique à très grande vitesse, disent les chercheurs du MIT.

Dimitri Basov, un professeur de physique à l'Université de Californie à San Diego qui n'était pas lié à cette recherche, dit l'équipe du MIT "a proposé une structure plasmonique très intéressante, adapté à un fonctionnement dans la plage technologiquement significative [terahertz]. … Je suis convaincu que de nombreux groupes de recherche essaieront de mettre en œuvre ces dispositifs. »

Basov met en garde, cependant, "Le problème clé, comme dans toute la plasmonique, est des pertes. Les pertes doivent être explorées et comprises en profondeur."

En plus de Fang et Jin, la recherche a été menée par l'étudiant diplômé Anshuman Kumar, ancien postdoctorant Kin Hung Fung (maintenant à l'Université polytechnique de Hong Kong), et le chercheur scientifique Jun Xu. Il a été soutenu par la National Science Foundation et l'Air Force Office of Scientific Research.