Le graphène a fait l'objet d'intenses recherches dans les milieux universitaires et industriels en raison de ses propriétés de conduction électrique uniques. En tant que matériau le plus fin connu de l'homme, le graphène est essentiellement bidimensionnel et possède des propriétés électroniques et photoniques distinctes des matériaux 3D conventionnels. Des chercheurs de l'Université Purdue (Todd Van Mechelen, Wenbo Sun et Zubin Jacob) ont montré que le fluide visqueux du graphène (les électrons en collision dans les solides peuvent se comporter comme des fluides) supporte des ondes électromagnétiques unidirectionnelles sur le bord. Ces "ondes de bord" sont liées à une nouvelle phase topologique de la matière et symbolisent une transition de phase dans le matériau, un peu comme le passage du solide au liquide.

Une caractéristique remarquable de cette nouvelle phase du graphène est que la lumière se déplace dans une direction le long du bord du matériau et est résistante au désordre, aux imperfections et à la déformation. Les chercheurs de Purdue ont exploité cet effet non réciproque pour développer des "circulateurs topologiques", des routeurs de signaux unidirectionnels, les plus petits au monde, qui pourraient constituer une percée pour le traitement tout optique sur puce.

Les circulateurs sont un élément fondamental des circuits optiques intégrés, mais ont résisté à la miniaturisation en raison de leurs composants volumineux et de la bande passante étroite des technologies actuelles. Les circulateurs topologiques surmontent cela en étant à la fois ultra-sous-longueur d'onde et large bande, activés par une phase électromagnétique unique de la matière. Les applications incluent le routage des informations et les interconnexions entre les systèmes informatiques quantiques et classiques.

La recherche a été publiée dans Nature Communications . + Explorer plus loin

Des chercheurs proposent une nouvelle phase topologique de la matière atomique hébergeant des "skyrmions photoniques"