En utilisant des ondes térahertz en électronique, le trafic de données futur peut être considérablement stimulé. Jusque là, la fréquence térahertz (THz) n'a pas été appliquée de manière optimale à la transmission de données, mais en utilisant du graphène, Les chercheurs de l'Université de technologie Chalmers se sont rapprochés d'un éventuel changement de paradigme pour l'industrie électronique.

Plus de 60 jeunes chercheurs du monde entier en apprendront davantage sur ce sujet et sur d'autres en se réunissant en dehors de Göteborg, Suède, pour participer à l'école d'été de cette semaine Graphene Study, organisé par Graphene Flagship.

Il s'agit de la plus grande initiative de recherche jamais menée par l'UE, le Graphène Flagship, coordonné par Chalmers, qui organise l'école cette semaine, 25-30 juin 2017. Cette année, il se tient en Suède en mettant l'accent sur les applications électroniques du matériau bidimensionnel avec l'extraordinaire électrique, optique, propriétés mécaniques et thermiques qui en font un choix plus efficace que le silicium dans les applications électroniques. Andrei Vorobiev est chercheur au Département de microtechnologie et de nanoscience de Chalmers ainsi que l'un des nombreux experts de premier plan donnant des conférences à Graphene Study et il explique pourquoi le graphène convient au développement de dispositifs fonctionnant dans la gamme THz :

"L'une des particularités du graphène est que les électrons se déplacent beaucoup plus rapidement que dans la plupart des semi-conducteurs utilisés aujourd'hui. Grâce à cela, nous pouvons accéder aux hautes fréquences (100 à 1000 fois plus élevées que le gigahertz) qui constituent la gamme térahertz. La communication de données a alors la potentiel de devenir jusqu'à dix fois plus rapide et peut transmettre des quantités de données beaucoup plus importantes qu'il n'est actuellement possible", dit Andreï Vorobiev, chercheur principal à l'Université de technologie Chalmers.

Les chercheurs de Chalmers sont les premiers à avoir montré que des dispositifs à transistors à base de graphène pouvaient recevoir et convertir des ondes térahertz, une longueur d'onde située entre les micro-ondes et la lumière infrarouge, et les résultats ont été publiés dans la revue Transactions IEEE sur la théorie et les techniques des micro-ondes . Un exemple de ces dispositifs est un mélangeur résistif sous-harmonique à 200 GHz basé sur un transistor de graphène CVD intégré sur silicium qui pourrait être utilisé dans des liaisons de communication sans fil à haut débit.

Un autre exemple, en tirant parti de la combinaison unique de flexibilité et de vitesse de support élevée du graphène, est un détecteur de puissance basé sur un transistor au graphène intégré sur des substrats polymères souples. Des applications intéressantes pour un tel détecteur de puissance comprennent des capteurs THz portables pour les soins de santé et des réseaux de détecteurs THz flexibles pour l'imagerie interférométrique à haute résolution à utiliser dans l'imagerie biomédicale et de sécurité, contrôle de processus à distance, inspection et profilage des matériaux et inspection des emballages.

« L'analyse montre que les matrices de détecteurs d'imagerie flexibles sont un domaine où les applications THz du graphène ont un potentiel d'impact très élevé. Un exemple d'endroit où cela pourrait être utilisé est le balayage de sécurité dans les aéroports. vous obtiendrez une bien meilleure résolution et pourrez récupérer plus d'informations que si la surface du scanner est plane, " dit Vorobiev.

Mais malgré les progrès, il reste beaucoup de travail avant que les produits électroniques finaux n'atteignent le marché. Andrei Vorobiev et ses collègues travaillent maintenant au remplacement de la base de silicium sur laquelle est monté le graphène, qui limite les performances du graphène, avec d'autres matériaux bidimensionnels qui, au contraire, peut encore améliorer l'effet. Et Vorobiev espère qu'il pourra inspirer les étudiants participant à l'étude sur le graphène à réaliser de nouvelles percées scientifiques.

« Au cours des cinquante dernières années, tout le développement électronique a suivi la loi de Moore, qui dit que chaque année de plus en plus de fonctions seront appliquées sur des surfaces de plus en plus petites. Maintenant, il semble que nous ayons atteint la limite physique de la petite taille des circuits électroniques et nous devons trouver un autre principe de développement. De nouveaux matériaux peuvent être une solution et la recherche sur le graphène montre des résultats positifs. Travailler avec la recherche liée au graphène, c'est innover, ce qui implique de nombreux défis difficiles, mais finalement notre travail peut révolutionner l'avenir de la communication et c'est ce qui le rend si passionnant, " dit Andreï Vorobiev, chercheur principal à l'Université de technologie Chalmers.