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Manipuler des électrons avec la lumière

par Martrenchard-Barra Séverine - 3 janvier

Les exploits technologiques en électronique réalisés ces dernières décennies ont été absolument impressionnants, ayant un impact considérable sur la société qui a évolué massivement vers le numérique. Le principe fondamental derrière cette révolution est relativement simple : la capacité d’ouvrir et fermer un circuit électrique le plus rapidement possible, afin d’effectuer des opérations sur une séquence de bits. Les transistors modernes fonctionnent à des fréquences bien au-delà de 1 GHz, i.e. 1 milliard d’opérations par seconde. Néanmoins, la plateforme technologique standard qui permet d’obtenir ces performances est basée sur des semiconducteurs tel le silicium et connaît actuellement une impasse due aux difficultés objectives d’amélioration de la vitesse de commutation des composants électroniques.

Afin de surmonter cette impasse, une collaboration européenne impliquant des chercheurs de l’Université Paris-Saclay (ISMO, France), l’Université de Luxembourg, l’Université de Konstanz (Allemagne) et DIPC et CFM (San Sebastien, Espagne) a utilisé la lumière pour contrôler le mouvement des électrons dans un nanocircuit métallique. L’avantage de la lumière est qu’elle oscille à des fréquences qui sont un million de fois plus élevées que celles obtenues dans l’électronique basée sur silicium. Le contrôle d’un circuit à des fréquences optiques a donc un potentiel énorme pour révolutionner le traitement de données et l’informatique dans le futur.

Cette étude a démontré la possibilité d’utiliser une impulsion laser ultra-courte « monocycle » pour entraîner des électrons dans le gap nanoscopique d’un circuit qui serait, en l’absence du champ optique, ouvert. L’article publié dans Nature Physics contient une description détaillée de l’expérience et de la modélisation théorique qui permet de comprendre comment les électrons se déplacent dans ce gap ouvert entre deux nanostructures métalliques.

Les résultats de ce travail ont un impact fondamental qui est la compréhension de l’interaction lumière-matière notamment dans un régime où des phénomènes quantiques pourront être observés à des échelles spatiales et temporelles inaccessibles auparavant. En outre, des retombées de cette recherche concernent les applications en nanotechnologies (des dispositifs de haute précision structurale ont été fabriqués pour les expériences) et la science des lasers (en raison du développement de nouvelles sources laser capables de générer des impulsions ultra-brèves à des taux de répétition élevés).