(Phys.org) - Le basculement d'un interrupteur d'éclairage - un interrupteur d'éclairage à l'échelle nanométrique - pourrait un jour augmenter considérablement la vitesse de transmission des données, du streaming de films à l'accélération des calculs les plus gourmands en données. Aujourd'hui, le flux d'informations dans un ordinateur est basé sur des impulsions électriques. Mais si un signal électrique pouvait à la place contrôler un interrupteur d'éclairage, les « uns et zéros » qui donnent un sens aux données pourraient parcourir des circuits informatiques à une vitesse dix fois supérieure à la vitesse actuelle. Une vitesse multipliée par dix signifierait une augmentation similaire du volume d'informations pouvant être traitées.

Bien sûr, des signaux électriques sont utilisés pour moduler la lumière dans les fibres optiques qui transmettent des quantités massives de données au coin de la rue et dans le monde entier. Mais exploiter la lumière pour stimuler la communication entre les puces d'un circuit informatique s'est avéré un objectif insaisissable. A l'échelle des circuits informatiques, des matériaux tels que le silicium ne peuvent pas absorber efficacement la lumière, et les appareils qui peuvent bien fonctionner sont trop encombrants pour être intégrés dans une puce.

Alors l'excitation est à son comble ce graphène, un matériau à l'étude intense depuis seulement une décennie, pourrait faire l'affaire. Les cristaux de graphène de carbone à un seul atome d'épaisseur absorbent toutes les longueurs d'onde de la lumière, et à certaines tensions, les impulsions électriques peuvent activer et désactiver l'absorption de la lumière du matériau – la clé de la transmission des données. Ce trait et l'« empreinte » nanométrique du graphène en font un candidat idéal pour les dispositifs optiques ultra-miniatures qui pourraient être installés par milliers sur une puce pour contrôler le flux de trafic.

"Nous n'en sommes pas encore là, " dit Feng Wang, professeur assistant de physique et boursier Bakar, "mais la remarquable combinaison de propriétés électriques et optiques du graphène, et son potentiel de nanofabrication sont très prometteurs pour l'optoélectronique."

Le laboratoire de Wang étudie comment les champs électriques modulent les propriétés optiques d'un certain nombre de matériaux. Le programme Bakar Fellows soutient ses efforts pour développer des modulateurs de graphène pour la communication puce à puce. Parce qu'il manipule des photons, il peut faire une grande partie de la recherche sous un microscope optique. A ce grossissement relativement faible, une couche de graphène ressemble à une feuille mince continue. Mais grâce à la puissance d'un microscope à effet tunnel qui peut résoudre des atomes individuels, la configuration atomique en fil de fer du matériau apparaît.

Wang a grandi à Nanchang dans le sud de la Chine et est allé à l'université à Shanghai. Il a obtenu son doctorat en physique à Columbia et a effectué un post-doctorat à Berkeley avant de rejoindre la faculté de physique. Son intérêt pour le potentiel du graphène à améliorer les performances de puce à puce dans les circuits informatiques a commencé il y a environ six ans. Avant ça, il a étudié les nanotubes de carbone, un matériau de carbone unidimensionnel.

"Notre laboratoire se concentre principalement sur la physique fondamentale de la façon dont la lumière interagit avec les matériaux à l'échelle nanométrique, et quelles nouvelles propriétés émergent, " dit Wang. Cela me fascine beaucoup.

"Mais explorer des moyens d'exploiter certains de ces nouveaux comportements en microélectronique est tout aussi passionnant. La recherche fondamentale peut révéler des applications dans le monde réel. C'est une excellente combinaison."

A l'horizon, Wang peut voir le graphène intégré dans les imageurs infrarouges et les capteurs optiques, et peut-être utilisé pour détecter des changements révélateurs dans les cellules malades. Le métabolisme modifie le pH, ou l'acidité, de cellules, et les cellules cancéreuses à métabolisme rapide ont des signatures métaboliques distinctes. Variations locales de pH, à son tour, modifier les propriétés d'absorption optique du graphène. Cela pourrait être mesuré pour aider au diagnostic.

De la même manière, le graphène pourrait un jour faciliter la détection des maladies neurologiques. Les neurones communiquent avec des impulsions d'ions - leur soi-disant "potentiel d'action" - et la libération d'ions a modifié l'absorption optique du graphène. Un tel changement dans le graphène pourrait potentiellement être utilisé pour détecter l'activité des neurones.

Ces applications sont bien en bas de la ligne, Wang dit, mais pas du tout hors de question. Pour l'instant, il semble totalement absorbé par la physique de ce nano-matériau véritablement absorbant.