Dans une percée pour les futurs ordinateurs hybrides optique-électronique, Des scientifiques de l'EPFL ont mis au point une technique ultrarapide capable de suivre la lumière et les électrons lorsqu'ils traversent une surface nanostructurée.

Lorsque la lumière se couple aux électrons sur une surface, leur mouvement concerté peut voyager comme une onde guidée par la géométrie de la surface elle-même. Ces ondes sont connues sous le nom de « plasmons de surface » et pourraient être utiles dans les télécommunications et l'informatique future, où les données seront transférées entre les processeurs en utilisant la lumière au lieu de l'électricité. En plus d'être plus écoénergétique, ces processeurs pourraient être miniaturisés à l'échelle nanométrique pour construire des capteurs haute résolution et des systèmes de traitement du signal de taille nanométrique. Mais ces processeurs seraient construits à partir de l'empilement de différentes couches de matériaux avancés et, jusque là, nous n'avons pas de moyen fiable de suivre la lumière guidée lorsqu'elle se déplace à travers leurs interfaces. C'est exactement ce que les scientifiques de l'EPFL ont fait en utilisant un nouveau méthode ultrarapide. La percée est publiée aujourd'hui dans Communication Nature .

Le laboratoire de Fabrizio Carbone à l'EPFL a dirigé le projet de création d'un minuscule réseau d'antennes qui permettrait aux plasmons de traverser une interface. Le réseau se composait d'une membrane extrêmement mince de nitrure de silicium (50 nm d'épaisseur) recouverte d'un film d'argent encore plus mince (30 nm d'épaisseur). Les scientifiques ont ensuite "percé" une série de nano-trous à travers la surface qui agiraient comme les antennes - les "points chauds" de plasmons.

Les chercheurs ont ensuite tiré des impulsions laser ultrarapides (lumière) sur le réseau pour éclairer les antennes. Avec un retard temporel contrôlé, des impulsions d'électrons ultracourtes ont ensuite été tirées à travers l'empilement multicouche, cartographier les plasmons rayonnés par les antennes à l'interface entre le film d'argent et la membrane de nitrure de silicium. En utilisant une technique ultrarapide appelée PINEM, qui peut "voir" les plasmons de surface, même lorsqu'ils sont liés à une interface enterrée, les scientifiques ont pu filmer la propagation de la lumière guidée et lire son profil spatial à travers le film.

"Essayer de voir des plasmons dans ces interfaces entre les couches, c'est un peu comme essayer de filmer des gens dans une maison de l'extérieur, " explique Fabrizio Carbone. " Une caméra ordinaire ne vous montrera rien; mais si vous utilisez des micro-ondes ou une imagerie de suivi d'énergie similaire, vous pouvez voir à travers les murs."

Le présent article ouvre la voie à la conception et au contrôle des champs plasmoniques confinés dans des structures multicouches, ce qui est essentiel pour les futurs dispositifs optoélectroniques.