Le signal lumineux arrive à travers un guide d'ondes (à gauche), dans la feuille de graphène de 2 micromètres de large, un courant électrique est généré.
Le nouveau matériau graphène et ses applications technologiques sont étudiés à l'Université de technologie de Vienne. Maintenant, les scientifiques ont réussi à combiner des détecteurs de lumière au graphène avec des puces semi-conductrices.
Aujourd'hui, la plupart des informations sont transmises par la lumière, par exemple dans les fibres optiques. Puces informatiques, cependant, travailler par voie électronique. Quelque part entre l'autoroute des données optiques et les puces électroniques, les photons doivent être convertis en électrons à l'aide de détecteurs de lumière. Des scientifiques de l'Université de technologie de Vienne ont maintenant réussi à combiner un photodétecteur au graphène avec une puce de silicium standard. Il peut transformer la lumière de toutes les fréquences importantes utilisées dans les télécommunications en signaux électriques. Les résultats scientifiques sont maintenant publiés dans la revue Photonique de la nature .
Une puissance de calcul en carbone ?
Les universités et l'industrie placent de grands espoirs dans le graphène. Le matériel, qui se compose d'une seule couche d'atomes de carbone disposés de manière hexagonale, a des propriétés extraordinaires. Il y a deux ans, l'équipe autour de Thomas Müller (Institut de photonique, Université de technologie de Vienne) a démontré que le graphène est idéalement adapté pour transformer la lumière en courant électrique. "Il existe de nombreux matériaux capables de transformer la lumière en signaux électriques, mais le graphène permet une conversion particulièrement rapide", dit Thomas Müller. Ainsi, partout où de grandes quantités de données doivent être transmises dans un court laps de temps, le graphène sera probablement à l'avenir le matériau de choix.
Les chercheurs ont dû faire un long chemin entre la preuve de base de ce que le matériau peut faire et son utilisation réelle dans une puce, mais ils ont maintenant réussi. L'équipe viennoise a collaboré avec des chercheurs de l'Université Johannes Kepler de Linz.
"Un guide d'ondes étroit d'un diamètre d'environ 200 sur 500 nanomètres transporte le signal optique jusqu'à la couche de graphène. Là, la lumière est convertie en un signal électrique, qui peut ensuite être traité dans la puce", Thomas Müller explique.
Le graphène - une feuille bidimensionnelle constituée d'atomes de carbone - peut convertir la lumière en courant électrique.
Polyvalent et compact
Il y a déjà eu des tentatives pour intégrer des photodétecteurs faits d'autres matériaux (tels que le Germanium) directement dans une puce. Cependant, ces matériaux ne peuvent traiter que la lumière d'une plage de longueurs d'onde spécifique. Les chercheurs pourraient montrer que le graphène peut aussi bien convertir toutes les longueurs d'onde utilisées dans les télécommunications.
Le photodétecteur au graphène est non seulement extrêmement rapide, il peut également être construit de manière particulièrement compacte. 20 000 détecteurs pourraient tenir sur une seule puce d'une surface d'un centimètre carré. Théoriquement, la puce pourrait être alimentée en données via 20 000 canaux d'information différents.
Plus vite, moins d'énergie
"Ces technologies ne sont pas seulement importantes pour la transmission de données sur de grandes distances. La transmission optique de données devient également de plus en plus importante pour la communication au sein des ordinateurs", dit Thomas Müller. Lorsque de grands clusters d'ordinateurs fonctionnent avec plusieurs cœurs de processeur en même temps, beaucoup d'informations doivent être transférées entre les cœurs. Comme le graphène permet de basculer très rapidement entre les signaux optiques et électriques, ces données peuvent être échangées optiquement. Cela accélère l'échange de données et nécessite beaucoup moins d'énergie électrique.
