Source térahertz ultra-fine propulse les technologies de communication de nouvelle génération

Des physiciens de l'Université du Sussex ont développé une source de térahertz à surface semi-conductrice extrêmement fine et à grande surface, composée de seulement quelques couches atomiques et compatible avec les plateformes électroniques existantes.

Les sources térahertz émettent de brèves impulsions lumineuses oscillant à des trillions de fois par seconde. À cette échelle, elles sont trop rapides pour être gérées par l'électronique standard, et, jusqu'à récemment, trop lentes pour être gérées par les technologies optiques. Cela a une grande importance pour l'évolution de dispositifs de communication ultra-rapides au-dessus de la limite des 300 GHz — comme celui requis pour la technologie mobile 6G — quelque chose qui est encore fondamentalement au-delà de la limite de l'électronique actuelle. Les chercheurs du laboratoire Emergent Photonics (EPic) à Sussex sont leaders en technologie d'émission térahertz de surface, ayant atteint les sources semi-conductrices de surface les plus brillantes et les plus fines démontrées jusqu'à présent. La région d'émission de leur nouveau développement, une source semi-conductrice de térahertz, est 10 fois plus fine que ce qui était précédemment atteint, avec une performance comparable, voire meilleure.

Les fines couches peuvent être placées sur le dessus d'objets et dispositifs existants — une source térahertz peut être placée dans des endroits qui auraient été inconcevables autrement, incluant des objets du quotidien comme une théière ou même une œuvre d'art — ouvrant un énorme potentiel pour l'anti-contrefaçon et l'internet des objets — ainsi que pour des électroniques auparavant incompatibles, comme les téléphones mobiles de prochaine génération.

Le Dr Luke Peters, chercheur du projet du Conseil européen de la recherche TIMING à l'Université du Sussex, a déclaré : « L'idée de placer des sources térahertz dans des endroits inaccessibles a un grand attrait scientifique mais en pratique est très difficile. Le rayonnement térahertz peut avoir un rôle superlatif en science des matériaux, science de la vie et sécurité. Néanmoins, il reste étranger à la plupart des technologies existantes, y compris les dispositifs qui parlent aux objets du quotidien dans le cadre de l'internet des objets en expansion rapide. Ce résultat est une étape clé dans notre parcours pour amener les fonctions térahertz plus près de notre vie quotidienne. »

Situées entre les micro-ondes et l'infrarouge dans le spectre électromagnétique, les ondes térahertz sont une forme de radiation très recherchée en recherche et industrie. Elles 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 nocives. L'imagerie térahertz permet de « voir » la composition moléculaire des objets et de distinguer différents matériaux. Les développements précédents ont mis en avant des applications potentielles de caméras térahertz, qui pourraient être transformatrices pour la sécurité aéroportuaire, et les scanners médicaux — comme ceux utilisés pour détecter les cancers de la peau.

L'un des plus grands défis pour les scientifiques travaillant dans la technologie térahertz est que ce qui est communément accepté comme une « source térahertz intense » est faible et encombrante comparée, par exemple, à une ampoule. Dans de nombreux cas, le besoin de matériaux très exotiques, comme des cristaux non-linéaires, les rend difficiles à manier et coûteux. Cette exigence pose des défis logistiques pour l'intégration avec d'autres technologies, comme les capteurs et les communications ultra-rapides.

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 différents de lumière laser, chacun oscillant à une fréquence différente — ou couleur — ils ont pu susciter l'émission de courtes rafales de rayonnement térahertz.

Cette percée scientifique est recherchée depuis longtemps par les scientifiques du domaine depuis la première démonstration de sources térahertz basées sur lasers bicolores au début des années 2000. Les sources térahertz bicolores basées sur des mélanges spéciaux de gaz, comme 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 restésmostly hors de portée pour ce type de mécanisme de génération térahertz.