La détection ultra-rapide de la lumière est aujourd'hui au cœur des systèmes de communication optique. Porté par l'internet des objets et la 5G, la bande passante de communication de données augmente de façon exponentielle, nécessitant ainsi des détecteurs optiques encore plus rapides qui peuvent être intégrés dans des circuits photoniques.

Dans les travaux récents publiés aujourd'hui dans Nature Nanotechnologie , le groupe de recherche dirigé par le professeur de l'ICFO Frank Koppens a montré qu'un cristal bidimensionnel, combiné avec du graphène, a la capacité de détecter des impulsions optiques avec une réponse plus rapide que dix picosecondes, tout en conservant une haute efficacité. En utilisant des impulsions laser ultra-rapides, les chercheurs ont montré une vitesse de photo-réponse record pour une hétérostructure constituée de matériaux bidimensionnels. Ces nouveaux matériaux attirent de plus en plus l'attention en raison de leur étonnante et riche variété de propriétés.

Un avantage important de ces dispositifs à base de graphène et d'autres matériaux bidimensionnels est qu'ils peuvent être intégrés de manière monolithique avec la photonique au silicium permettant une nouvelle classe de circuits intégrés photoniques. Bien que cette étude se soit focalisée sur les propriétés intrinsèques du dispositif de photo-détection, la prochaine étape consiste à développer des prototypes de circuits photoniques et à explorer des moyens d'améliorer la production à grande échelle de ces dispositifs.

Alors que le professeur Frank Koppens commente "Il est remarquable qu'un matériau de quelques nanomètres d'épaisseur puisse avoir des performances aussi élevées", Le chercheur de l'ICFO Mathieu Massicotte et premier auteur de cette étude déclare que « Tout le monde savait que le graphène pouvait fabriquer des photodétecteurs ultrarapides, mais les cristaux bidimensionnels apparentés étaient toujours à la traîne. Dans notre travail, nous montrons qu'en associant ces deux matériaux, nous pouvons obtenir un photodétecteur qui est non seulement ultrarapide mais aussi très efficace."

Les résultats obtenus à partir de cette étude ont montré que l'empilement de matériaux semi-conducteurs 2D avec du graphène dans des hétérostructures pourrait conduire à de nouvelles, applications optoélectroniques rapides et efficaces, tels que les systèmes de communication intégrés à haut débit.