Les ordinateurs d'aujourd'hui sont plus rapides et plus petits que jamais. La dernière génération de transistors aura des caractéristiques structurelles avec des dimensions de seulement 10 nanomètres. Si les ordinateurs doivent devenir encore plus rapides et en même temps plus économes en énergie à ces échelles minuscules, ils auront probablement besoin de traiter l'information en utilisant des particules légères au lieu d'électrons. C'est ce qu'on appelle le "calcul optique".

Les réseaux à fibre optique utilisent déjà la lumière pour transporter des données sur de longues distances à grande vitesse et avec un minimum de pertes. Les diamètres des câbles les plus fins, cependant, sont de l'ordre du micromètre, car les ondes lumineuses, d'une longueur d'onde d'environ un micromètre, doivent pouvoir osciller sans entrave. Afin de traiter des données sur une micro ou même nanopuce, un système entièrement nouveau est donc nécessaire.

Une possibilité serait de conduire des signaux lumineux via ce qu'on appelle des oscillations plasmoniques. Il s'agit d'une particule lumineuse (photon) excitant le nuage d'électrons d'une nanoparticule d'or afin qu'elle se mette à osciller. Ces ondes voyagent ensuite le long d'une chaîne de nanoparticules à environ 10 % de la vitesse de la lumière. Cette approche atteint deux objectifs :des dimensions à l'échelle nanométrique et une vitesse énorme. Ce qui reste, cependant, est la consommation d'énergie. Dans une chaîne composée uniquement d'or, ce serait presque aussi élevé que dans les transistors conventionnels, en raison du développement de chaleur considérable dans les particules d'or.

Une petite tache d'argent

Tim Liedl, Professeur de Physique au LMU et PI au pôle d'excellence Nanosystems Initiative Munich (NIM), avec des collègues de l'Université de l'Ohio, vient de publier un article dans la revue Physique de la nature , qui décrit comment les nanoparticules d'argent peuvent réduire considérablement la consommation d'énergie. Les physiciens ont construit une sorte de piste d'essai miniature d'une longueur d'environ 100 nanomètres, composé de trois nanoparticules :une nanoparticule d'or à chaque extrémité, avec une nanoparticule d'argent au milieu.

L'argent sert en quelque sorte d'intermédiaire entre les particules d'or tout en ne dissipant pas d'énergie. Pour faire osciller le plasmon de la particule d'argent, il faut plus d'énergie d'excitation que pour l'or. Par conséquent, l'énergie circule juste "autour" de la particule d'argent. "Le transport est médié par le couplage des champs électromagnétiques autour des points chauds qui se créent entre chacune des deux particules d'or et la particule d'argent, " explique Tim Liedl. " Cela permet de transporter l'énergie presque sans aucune perte, et sur une échelle de temps femtoseconde."

Modèle quantique de manuel

La condition préalable décisive pour les expériences était le fait que Tim Liedl et ses collègues sont des experts dans le placement extrêmement précis des nanostructures. Cela se fait par la méthode de l'origami ADN, qui permet de placer différentes nanoparticules cristallines à des nanodistances précisément définies les unes des autres. Des expériences similaires avaient déjà été menées en utilisant des techniques de lithographie conventionnelles. Cependant, ceux-ci n'offrent pas la précision spatiale requise, en particulier lorsque différents types de métaux sont impliqués.

En parallèle, les physiciens ont simulé l'installation expérimentale sur l'ordinateur – et leurs résultats ont été confirmés. En plus des simulations électrodynamiques classiques, Alexandre Govorov, Professeur de physique à l'Université de l'Ohio, Athènes, ETATS-UNIS, a pu établir un modèle de mécanique quantique simple :« Dans ce modèle, les images classique et quantique correspondent très bien, ce qui en fait un exemple potentiel pour les manuels."