Térahertz et mémoires très denses pour le graphène

Des chercheurs du MIT ont découvert qu'en combinant le graphène à des matériaux ferroélectriques, ils pouvaient réaliser des guides d'ondes pour des signaux ayant des fréquences atteignant le térahertz (ou 1000 gigahertz ou encore 10 à la puissance 12 hertz, 10¹² Hz).

Un vaste champ d'application en perspective

L'interaction entre le rayonnement lumineux et des matériaux ferroélectriques génère en effet des ondes de densité d'électricité, autrement dit des plasmons de surface.

Ces fréquences correspondent au domaine de l'infrarouge lointain et offrent des perspectives très intéressantes en termes d'applications. Ces rayonnements peuvent en effet pénétrer sans que cela soit nocif (car peu énergétiques) à travers de multiples matériaux pourvu qu'ils ne soient pas conducteurs.

Une avancée spectaculaire pour l'optoélectronique

Les chercheurs du MIT ont disposé des feuilles de graphène entre des matériaux ferroélectriques s'inspirant de cellules mémoires utilisant une couche ferroélectrique pour isoler la grille de la source et du drain du transistor.

C'est seulement lorsqu'ils ont caractérisé le dispositif obtenu qu'ils ont constaté ses propriétés optiques. Des guides d'onde plasmonique se forment en effet dans le graphène. Il en résulte des perspectives intéressantes pour un couplage entre signaux optiques à des fréquences du térahertz et signaux électriques.

La pile ainsi constituée pourrait conduire à des mémoires 10 fois plus denses qu'actuellement et des dispositifs pouvant fonctionner directement avec des signaux optiques. Il s'agit de deux applications différentes mais très prometteuses. «Notre travail ouvre de nouveaux domaines passionnants pour la transmission et le traitement des signaux optiques», a déclaré le chercheur post-doctoral Dafei Jin dans un communiqué de presse.

Les chercheurs prédisent ainsi des guides d'ondes plasmoniques à très faible puissance réalisés avec cet empilement de graphène et de matériaux ferroélectriques. De surcroît, deux guides d'onde plasmonique séparés de seulement 20 µm (microns) se caractérisaient par une très faible diaphonie.

Le financement du projet a été assuré par la National Science Foundation et le Air Force Office of Scientific Research.