Un groupe de recherche de l'Université du Tohoku et de RIKEN a développé un détecteur d'ondes térahertz à haute vitesse et haute sensibilité fonctionnant à température ambiante, ouvrant la voie à des progrès dans le développement de la technologie 6G/7G de nouvelle génération.
Les détails de leur avancée ont été publiés dans la revue Nanophotonics. le 9 novembre 2023.
L’amélioration des vitesses de communication actuelles reposera sur les ondes térahertz (THz). Les ondes THz sont des ondes électromagnétiques dans la plage THz, qui se situe entre les parties micro-ondes et infrarouge du spectre électromagnétique, couvrant généralement des fréquences allant de 300 gigahertz à 3 THz.
Néanmoins, la détection rapide et sensible des ondes THz à température ambiante constitue un défi pour les dispositifs semi-conducteurs électroniques ou photoniques conventionnels.
C'est là qu'interviennent les plasmons bidimensionnels. Dans un transistor à effet de champ semi-conducteur, il existe un canal électronique bidimensionnel où existent des quanta collectifs de densité de charge, c'est-à-dire des plasmons bidimensionnels. Ces plasmons sont des états excités d'électrons présentant des comportements semblables à ceux d'un fluide. Leurs effets de rectification non linéaires, provenant de ces comportements fluides, et leur réponse rapide (non contrainte par le temps de transit des électrons) en font un moyen prometteur pour détecter les ondes THz à température ambiante.
"Nous avons découvert un effet de rectification plasmonique 3D dans le détecteur d'ondes THz", explique Akira Satou, chef du groupe de recherche et professeur agrégé à l'Institut de recherche sur les communications électriques (RIEC) de l'Université de Tohoku. "Le détecteur était basé sur un transistor à haute mobilité électronique au phosphure d'indium et il nous a permis d'améliorer la sensibilité de détection de plus d'un ordre de grandeur par rapport aux détecteurs conventionnels basés sur des plasmons 2D."
La nouvelle méthode de détection combinait l'effet de rectification non linéaire hydrodynamique verticale traditionnel des plasmons 2D avec l'ajout d'une non-linéarité verticale du courant de diode.
Il a également résolu de manière spectaculaire la distorsion de la forme d'onde provoquée par les réflexions multiples de signaux modulés à grande vitesse, un problème critique dans les détecteurs conventionnels basés sur des plasmons 2D.
À la tête du groupe, aux côtés de Satou, se trouvaient le professeur spécialement nommé Tetsuya Suemitsu du centre d'écloserie de création d'industries de l'université de Tohoku et Hiroaki Minamide du centre RIKEN pour la photonique avancée.
"Notre nouveau mécanisme de détection surmonte la plupart des goulots d'étranglement des détecteurs d'ondes térahertz classiques", ajoute Satou. "Pour l'avenir, nous espérons tirer parti de nos réalisations en améliorant les performances de l'appareil."
Plus d'informations : Akira Satou et al, Lecture de porte et effet de rectification 3D pour l'amélioration de la réactivité géante des détecteurs térahertz plasmoniques asymétriques à double grille, Nanophotonique (2023). DOI : 10.1515/nanoph-2023-0256
Fourni par l'Université du Tohoku
