Les systèmes électroniques utilisant des ondes lumineuses au lieu de signaux de tension sont avantageux, car les ondes lumineuses électromagnétiques oscillent à la fréquence pétaherz. Cela signifie que les futurs ordinateurs pourraient fonctionner à des vitesses 1 million de fois plus rapides qu'aujourd'hui. Des scientifiques de la Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) ont maintenant réussi à utiliser des impulsions laser ultra-courtes pour contrôler avec précision les électrons dans le graphène.

Le contrôle actuel de l'électronique qui est 1 million de fois plus rapide que dans les systèmes d'aujourd'hui est un rêve pour beaucoup. Le contrôle du courant est responsable de la transmission des données et des signaux. Cependant, jusqu'à maintenant, il a été difficile de contrôler le flux d'électrons dans les métaux, comme les métaux réfléchissent les ondes lumineuses, qui ne peut donc pas influencer les électrons à l'intérieur du conducteur métallique.

Les physiciens de la FAU se sont donc tournés vers le graphène, un semi-métal qui ne comprend qu'une seule couche de carbone et qui est si mince que la lumière peut pénétrer et mettre les électrons en mouvement. Dans une étude antérieure, les physiciens de la Chaire de physique des lasers avaient déjà réussi à générer un signal électrique à une échelle de temps d'une femtoseconde seulement en utilisant une impulsion laser très courte. Cela équivaut à un millionième de milliardième de seconde. Dans ces échelles de temps extrêmes, les électrons révèlent leur nature quantique car ils se comportent comme une onde. La vague d'électrons glisse à travers le matériau lorsqu'elle est entraînée par l'impulsion laser.

Les chercheurs sont allés un peu plus loin dans la présente étude. Ils ont dirigé une deuxième impulsion laser sur cette onde lumineuse. Cette seconde impulsion a permis à l'onde électronique de traverser le matériau en deux dimensions. La deuxième impulsion laser peut être utilisée pour dévier, accélérer ou même changer la direction de l'onde électronique. Cela permet la transmission d'informations par cette onde, selon l'heure exacte, force et direction de la deuxième impulsion.

Selon les chercheurs, il est possible d'aller plus loin. "Imaginez que l'onde électronique est une onde dans l'eau. Les ondes dans l'eau peuvent se diviser à cause d'un obstacle et converger et interférer lorsqu'elles ont dépassé l'obstacle. Selon la position des sous-ondes les unes par rapport aux autres, ils s'amplifient ou s'annulent mutuellement. Nous pouvons utiliser la deuxième impulsion laser pour modifier les sous-ondes individuelles de manière ciblée et ainsi contrôler leur interférence, " explique Christian Heide de la Chaire de physique des lasers. " En général, il est très difficile de contrôler les phénomènes quantiques, telles que les caractéristiques d'onde des électrons dans ce cas. En effet, il est très difficile de maintenir l'onde électronique dans un matériau car l'onde électronique se diffuse avec d'autres électrons et perd ses caractéristiques d'onde. Les expériences dans ce domaine sont généralement réalisées à des températures extrêmement basses. Nous pouvons maintenant réaliser ces expériences à température ambiante, puisque nous pouvons contrôler les électrons à l'aide d'impulsions laser à des vitesses si élevées qu'il ne reste plus de temps pour les processus de diffusion avec d'autres électrons. Cela nous permet de rechercher plusieurs nouveaux processus physiques qui n'étaient pas accessibles auparavant. »

Les scientifiques ont fait des progrès significatifs vers la réalisation de systèmes électroniques pouvant être contrôlés à l'aide d'ondes lumineuses. Dans les prochaines années, ils étudieront si les électrons dans d'autres matériaux bidimensionnels peuvent également être contrôlés de la même manière. "Peut-être pourrons-nous utiliser la recherche sur les matériaux pour modifier les caractéristiques des matériaux de telle sorte qu'il sera bientôt possible de construire de petits transistors contrôlables par la lumière, " dit Heide.