Une équipe de recherche de l'Université nationale de Singapour a récemment inventé un nouveau « convertisseur » capable d'exploiter la vitesse et la petite taille des plasmons pour le traitement et la transmission de données à haute fréquence en nanoélectronique.

Avancement de la nanoélectronique, qui est l'utilisation de la nanotechnologie dans les composants électroniques, a été alimenté par le besoin toujours croissant de réduire la taille des appareils électroniques dans le but de produire des appareils plus petits, gadgets plus rapides et plus intelligents tels que les ordinateurs, dispositifs de stockage de mémoire, écrans et outils de diagnostic médical.

Alors que la plupart des appareils électroniques avancés sont alimentés par la photonique - qui implique l'utilisation de photons pour transmettre des informations - les éléments photoniques sont généralement de grande taille, ce qui limite considérablement leur utilisation dans de nombreux systèmes nanoélectroniques avancés.

Plasmons, qui sont des ondes d'électrons qui se déplacent le long de la surface d'un métal après avoir été frappé par des photons, est très prometteur pour les technologies de rupture en nanoélectronique. Ils sont comparables aux photons en termes de vitesse (ils voyagent aussi avec la vitesse de la lumière), et ils sont beaucoup plus petits. Cette propriété unique des plasmons les rend idéaux pour l'intégration avec la nanoélectronique. Cependant, les tentatives antérieures d'exploiter les plasmons comme vecteurs d'information ont eu peu de succès.

Combler ce fossé technologique, une équipe de recherche de l'Université nationale de Singapour (NUS) a récemment inventé un nouveau « convertisseur » capable d'exploiter la vitesse et la petite taille des plasmons pour le traitement et la transmission de données à haute fréquence en nanoélectronique.

"Ce transducteur innovant peut convertir directement des signaux électriques en signaux plasmoniques, et vice versa, en une seule étape. En reliant la plasmonique et l'électronique à l'échelle nanométrique, nous pouvons potentiellement faire fonctionner les puces plus rapidement et réduire les pertes de puissance. Notre transducteur plasmonique-électronique est d'environ 10, 000 fois plus petit que les éléments optiques. Nous pensons qu'il peut être facilement intégré dans les technologies existantes et peut potentiellement être utilisé dans un large éventail d'applications à l'avenir, " a expliqué le professeur agrégé Christian Nijhuis du département de chimie de la faculté des sciences de la NUS, qui est le chef de l'équipe de recherche derrière cette percée.

Cette nouvelle découverte a été rapportée pour la première fois dans la revue Photonique de la nature le 29 septembre 2017.

De l'électricité aux plasmons en un seul geste

Dans la plupart des techniques en plasmonique, les plasmons sont excités en deux étapes - les électrons sont utilisés pour générer de la lumière, qui à son tour est utilisé pour exciter les plasmons. Pour convertir des signaux électriques en signaux plasmoniques, et vice versa, en une seule étape, l'équipe NUS a utilisé un processus appelé tunnellisation, dans lequel les électrons se déplacent d'une électrode à une autre électrode, et ce faisant, exciter les plasmons.

« Le processus en deux étapes prend du temps et est inefficace. Notre technologie se démarque car nous fournissons une solution unique pour la conversion des signaux électriques en signaux plasmoniques. Cela peut être réalisé sans source lumineuse, qui nécessite des étapes multiples et de grands éléments optiques, compliquer l'intégration avec la nanoélectronique. Sur la base de nos expériences en laboratoire, la conversion électron-plasmon a un rendement supérieur à 10 %, plus de 1, 000 fois plus élevé que précédemment rapporté, " a ajouté le professeur Assoc Nijhuis, qui est également du NUS Center for Advanced 2-D Materials et du NUS Nanoscience and Nanotechnology Institute.

Ce travail révolutionnaire a été mené en collaboration avec le Dr Chu Hong Son de l'Institute of High Performance Computing de l'Agence pour la science, Technologie et recherche.

Les chercheurs prévoient de mener d'autres études pour réduire la taille de l'appareil afin qu'il puisse fonctionner à des fréquences beaucoup plus élevées. L'équipe travaille également à l'intégration des transducteurs avec des guides d'ondes plasmoniques plus efficaces pour de meilleures performances.