Une source térahertz ultra-mince ouvre la voie à la prochaine génération de technologies de communication

Des physiciens de l'Université du Sussex ont mis au point une source de surface semi-conductrice de térahertz extrêmement fine et de grande surface, composée de quelques couches atomiques et compatible avec les plates-formes électroniques existantes.

Les sources térahertz émettent de brèves impulsions lumineuses oscillant à un billion de fois par seconde. À cette échelle, ils sont trop rapides pour être gérés par l'électronique standard et, jusqu'à récemment, trop lents pour être gérés par les technologies optiques. Cela a une grande importance pour l'évolution des appareils de communication ultra-rapides au-dessus de la limite de 300 GHz - comme celle requise pour la technologie de téléphonie mobile 6G - quelque chose qui est encore fondamentalement au-delà de la limite de l'électronique actuelle. Les chercheurs du laboratoire Emergent Photonics (EPic) de Sussex sont des leaders de la technologie d'émission de térahertz de surface, ayant obtenu les sources de semi-conducteurs de surface les plus brillantes et les plus fines démontrées à ce jour. La région d'émission de leur nouveau développement, une source semi-conductrice de térahertz, est 10 fois plus fine que précédemment, avec des performances comparables, voire meilleures.

Les couches minces peuvent être placées au-dessus d'objets et d'appareils existants - une source de térahertz peut être située dans des endroits qui auraient été inconcevables autrement, y compris des objets du quotidien tels qu'une théière ou même une œuvre d'art - ouvrant un énorme potentiel pour l'anti- la contrefaçon et l'Internet des objets, ainsi que des appareils électroniques auparavant incompatibles, tels que les téléphones mobiles de nouvelle génération.

Le Dr Luke Peters, chercheur du projet TIMING du Conseil européen de la recherche à l'Université du Sussex, a déclaré:«L'idée de placer des sources térahertz dans des endroits inaccessibles présente un grand attrait scientifique, mais en pratique, c'est très difficile. Le rayonnement térahertz peut avoir un rôle superlatif dans les sciences des matériaux, les sciences de la vie et la sécurité. Néanmoins, il est encore étranger à la plupart des technologies existantes, y compris les appareils qui communiquent avec des objets du quotidien dans le cadre de l'Internet des objets en pleine expansion. Ce résultat est une étape importante dans notre parcours pour rapprocher les fonctions térahertz de notre vie quotidienne. »

Situées entre les micro-ondes et l'infrarouge dans le spectre électromagnétique, les ondes térahertz sont une forme de rayonnement très recherchée dans la recherche et l'industrie. Ils ont une capacité naturelle à révéler la composition matérielle d'un objet en pénétrant facilement des matériaux courants comme le papier, les vêtements et le plastique de la même manière que les rayons X, mais sans être nocifs. L'imagerie térahertz permet de "voir" la composition moléculaire des objets et de distinguer différents matériaux. Les développements précédents ont présenté les applications potentielles des caméras térahertz, qui pourraient transformer la sécurité des aéroports, et des scanners médicaux, tels que ceux utilisés pour détecter les cancers de la peau.

L'un des plus grands défis auxquels sont confrontés les scientifiques travaillant dans la technologie térahertz est que ce qui est communément accepté comme une «source térahertz intense» est faible et volumineux par rapport, par exemple, à une ampoule. Dans de nombreux cas, le besoin de matériaux très exotiques, tels que les cristaux non linéaires, les rend peu maniables et coûteux. Cette exigence pose des défis logistiques pour l'intégration avec d'autres technologies, telles que les capteurs et les communications ultrarapides.

L'équipe de Sussex a surmonté ces limitations en développant des sources térahertz à partir de matériaux extrêmement fins (environ 25 couches atomiques). En illuminant un semi-conducteur de qualité électronique avec deux types de lumière laser différents, chacun oscillant à une fréquence ou une couleur différente, ils ont pu provoquer l'émission de courtes rafales de rayonnement térahertz.

Cette avancée scientifique est recherchée depuis longtemps par les scientifiques travaillant dans le domaine depuis la première démonstration de sources térahertz à base de lasers bicolores au début des années 2000. Les sources térahertz bicolores basées sur des mélanges spéciaux de gaz, tels que l'azote, l'argon ou le krypton, sont parmi les sources les plus performantes disponibles aujourd'hui. Les semi-conducteurs, largement utilisés dans les technologies électroniques, sont restés pour la plupart hors de portée de ce type de mécanisme de génération de térahertz.