Chercheurs au sein du projet Graphene Flagship, l'une des plus grandes initiatives de recherche de la Commission européenne, ont montré que les dispositifs photoniques intégrés à base de graphène offrent une solution unique pour la prochaine génération de communications optiques. Les chercheurs de l'initiative ont démontré comment les propriétés du graphène permettent des communications à bande passante ultra-large couplées à une faible consommation d'énergie pour changer radicalement la façon dont les données sont transmises à travers les systèmes de communication optiques. Cela pourrait faire des appareils intégrés au graphène l'ingrédient clé de l'évolution de la 5G, l'Internet des objets (IoT), et Industrie 4.0. Les résultats ont été publiés dans Nature Avis Matériaux et mis en évidence sur la couverture.

« Alors que les technologies conventionnelles des semi-conducteurs approchent de leurs limites physiques, nous devons explorer des technologies entièrement nouvelles pour réaliser nos visions les plus ambitieuses d'une future société mondiale en réseau, " explique Wolfgang Templ, Chef de département de recherche sur les émetteurs-récepteurs chez Nokia Bell Labs en Allemagne, qui est un partenaire phare de Graphene. "Le graphène promet une avancée significative dans les performances des composants clés pour les communications optiques et radio au-delà des limites de performances des technologies de composants à base de semi-conducteurs classiques d'aujourd'hui." Paola Galli, Réseaux IP et Optiques Nokia Membre du staff technique, convient :« La photonique au graphène offre une combinaison d'avantages pour changer la donne. Nous devons explorer de nouveaux matériaux pour dépasser les limites des technologies actuelles et répondre aux besoins de capacité des futurs réseaux.

Le Graphene Flagship présente une vision pour l'avenir de la photonique intégrée à base de graphène, et fournit des stratégies pour améliorer la consommation d'énergie, la fabricabilité et l'intégration à l'échelle des tranches. Avec cette nouvelle parution, les partenaires Graphene Flagship fournissent également une feuille de route pour les dispositifs photoniques à base de graphène dépassant les exigences technologiques pour l'évolution des marchés des données et des télécommunications entraînés par la 5G, IdO, et l'Industrie 4.0. "Le graphène intégré dans un circuit photonique est un faible coût, une technologie évolutive capable d'exploiter des liaisons fibre à des débits de données très élevés, " a déclaré Marco Romagnoli, du CNIT, partenaire phare du graphène, le Consortium National Interuniversitaire des Télécommunications en Italie.

Antonio D'Errico de Graphene Flagship Partner Ericsson Research explique comment "le graphène pour la photonique a le potentiel de changer la perspective des technologies de l'information et de la communication d'une manière perturbatrice. Cet article publié dans Nature Avis Matériaux explique comment activer de nouveaux réseaux optiques riches en fonctionnalités. Je suis heureux de dire que ces informations fondamentales sont désormais disponibles pour toute personne intéressée dans le monde entier."

Ce partenariat industriel et académique, composé d'entreprises et de centres de recherche dans cinq pays européens différents, a développé une vision convaincante de l'avenir de l'intégration photonique du graphène. L'équipe associe des chercheurs du CNIT, Ericsson, IMEC, Nokia, Laboratoires Nokia Bell, AMO, ICFO et l'Université de Cambridge. Ces collaborations sont au cœur du Graphene Flagship, mis en place par la Commission européenne pour soutenir la commercialisation du graphène et des matériaux connexes jusqu'en 2023. "Le Graphene Flagship est un écosystème unique dans lequel des partenaires industriels et académiques travaillent ensemble pendant une période plus longue qu'un projet européen normal. Cette synergie sur une durée durable produit des résultats sans précédent tant en science qu'en innovation, " commente Romagnoli.

« La collaboration entre l'industrie et le milieu universitaire est essentielle pour les travaux exploratoires vers une technologie de composants entièrement nouvelle. La recherche dans cette phase comporte des risques importants, il est donc important que la recherche universitaire et les laboratoires de recherche de l'industrie se joignent aux esprits les plus brillants pour résoudre les problèmes fondamentaux. L'industrie peut donner une perspective sur les questions de recherche pertinentes pour le potentiel des futurs systèmes, " ajoute Templ de Nokia Bell Labs. "Grâce à un échange mutuel d'informations, nous pouvons ensuite faire mûrir la technologie et considérer toutes les exigences pour une future industrialisation et une production en série de composants à base de graphène."

"Ce cas illustre la puissance des technologies du graphène pour transformer les applications de pointe dans les télécommunications. Nous commençons déjà à voir les fruits des investissements de Graphene Flagship lors du passage du développement de matériaux à l'intégration au niveau des composants et du système, " explique Kari Hjelt, Responsable Innovation du Flagship Graphène.

La photonique au graphène offre des avantages à la fois en termes de performances et de fabrication par rapport à l'état de l'art. Le graphène peut assurer la modulation, des performances de détection et de commutation répondant à toutes les exigences de la prochaine évolution de la fabrication de dispositifs photoniques. « Nous visons des émetteurs-récepteurs optiques hautement intégrés qui permettront des débits binaires ultra-élevés bien au-delà d'un térabit par seconde par canal optique. Ces systèmes ciblés se différencieront de leurs prédécesseurs à base de semi-conducteurs par une complexité nettement inférieure, dissipation d'énergie et facteur de forme s'accompagnant d'une plus grande flexibilité et accordabilité, " explique Templ.

Daniel Neumaier de Graphene Flagship partner AMO GmbH, également chef de la division phare du graphène sur l'intégration de l'électronique et de la photonique, ajoute :« Les liens de communication optique deviendront de plus en plus importants dans la 5G pour prendre en charge les débits de données élevés requis sur tous les nœuds. Les composants optiques à base de graphène intégrés sur une plate-forme en silicium seront en mesure de fournir à la fois des performances accrues et un processus de production à faible coût. , devraient donc devenir des éléments clés de l'ère 5G."

"Cet article montre clairement pourquoi une approche intégrée de la photonique à base de graphène et de silicium peut répondre et dépasser les exigences prévisibles des débits de données toujours croissants dans les futurs systèmes de télécommunications, " dit Andrea C. Ferrari, professeur à l'Université de Cambridge, Officier scientifique et technologique du Graphene Flagship et président de son comité de gestion. "L'avènement de l'Internet des objets et l'ère de la 5G représentent des opportunités uniques pour le graphène de démontrer son potentiel ultime, " conclut-il.

Le Graphene Flagship est l'une des plus grandes initiatives de recherche de l'Union européenne. Avec un budget de 1 milliard d'euros, il représente une nouvelle forme d'articulation, initiative de recherche coordonnée d'une ampleur sans précédent. L'objectif global du Graphene Flagship est de faire passer le graphène et les matériaux associés du domaine des laboratoires universitaires à la société européenne, favoriser la croissance économique et créer de nouveaux emplois, en l'espace de dix ans. Au travers d'un consortium regroupant près de 150 partenaires, académique et industriel, l'effort de recherche couvre l'ensemble de la chaîne de valeur, de la production de matériaux aux composants et à l'intégration de systèmes, et cible plusieurs objectifs spécifiques qui exploitent les propriétés uniques du graphène et des matériaux connexes.