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Faire la lumière sur les secrets des nanoprocesseurs

Des chercheurs financés par l'UE ont pu filmer la lumière couplée aux électrons lorsqu'ils se déplacent à travers les nanoprocessseurs sans que l'on ne puisse les voir.
Faire la lumière sur les secrets des nanoprocesseurs
Lorsque la lumière se lie aux électrons sur une surface, leur mouvement concerté peut voyager comme une onde guidée par la géométrie de la surface elle-même. Appelées «plasmons de surface», ces ondes peuvent influencer le développement des télécommunications et de l'informatique du fait qu'à l'avenir les données seront probablement traitées à l'aide de la lumière plutôt que de l'électricité. L'utilisation de la lumière n'est pas seulement plus économique que l'électricité du point de vue énergétique. Elle permet aussi aux développeurs de réduire la taille des processeurs à l'échelle nanométrique,une étape importante pour mettre au point des capteurs haute résolution et des systèmes de traitement du signal à l'échelle du nanomètre.

Or la difficulté est que, pour créer ces nanoprocesseurs nous devons d'abord pouvoir empiler plusieurs couches de matériaux avancés et suivre la lumière guidée à mesure qu'elle traverse les couches. Malheureusement, les scientifiques n'y sont jusqu'à présent pas parvenus.

D'après une récente étude publiée par la revue «Nature Communications», les chercheurs ont franchi une étape en matière d'ordinateurs hybrides optiques-électroniques du futur. Les scientifiques de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), par le biais des projets TRUEVIEW et USED à financement européen, ont mis au point une technique ultrarapide capable de suivre la lumière et les électrons au fur et à mesure de leur déplacement à travers une surface nanostructurée empilée.

Des travaux révolutionnaires

Le projet USED s'est concentré sur la compréhension et le contrôle des propriétés matérielles au niveau atomique. Le projet était le premier à réussir à mettre en œuvre un microscope à transmission d'électrons (TEM) ultrarapide fondé sur une nouvelle conception apportant une résolution temporelle et une sensibilité sans précédent aux contacts magnétiques. Le TEM est un télescope avancé qui permet à l'utilisateur de prendre des instantanés de l'ordre du femtoseconde des matériaux avec une résolution atomique garantie par les électrons haute énergie. En limitant un champ électromagnétique à la surface d'un seul nanofil et en imageant ses propriétés en espace et en énergie, le TEM conçu par USED capture un instantané de la lumière elle-même, révélant simultanément sa nature quantique et classique.

TRUEVIEW, en revanche, a pu dévoiler les principes de travail des ondes optiques confinées à l'échelle nanométrique et la manipulation de la lumière dans les nanostructures optoélectroniques. En implémentant des techniques d'imagerie d'électron innovantes pour visualiser et caractériser directement les nanostructures photoniques et plasmoniques dans l'espace et dans letemps à une résolution du nanomètre et de l'ordre de la femtoseconde, le projet a pu établir le champ de la microscopie d'électron ultrarapide au sein de la communauté de recherche européenne.

Lumière, caméra, nano-action

À l'aide du TEMP conçu par USED, les deux projets ont posé les bases d'une gamme d'applications optoélectroniques, dont la technique ultrarapide de suivi de la lumière et des électrons sur des surfaces nanostructurées empilées. Le processus utilise un petit ensemble d'antennes composé d'une membrane extrêmement fine de nitrure de silicium, qui a ensuite été recouverte d'une couche encore plus fine d'argent. La surface de l'ensemble est pleine de nano-trous, qui servent d'antennes et permettent aux plasmons de voyager à travers son interface.

Ces antennes sont ensuite éclairées par des pulsations laser ultrarapides sur l'ensemble, puis par des pulsations d'électron ultracourtes propulsées dans la pile multicouche. Ce processus permet aux scientifiques de cartographier les plasmons émis par les antennes au niveau de l'interface entre la couche d'argent et la membrane de nitrure de silicium. En utilisant la technique PINEM ultrarapide, les scientifiques sont en fait capables de filmer la propagation de la lumière guidée et de lire son profil spatial à travers le film. Dans un sens, la découverte USED et TRUEVIEW offre aux scientifiques la possibilité de voir à travers les murs, et de concevoir les champs plasmoniques confinés dans des structures à plusieurs couches nécessaires au développement d'appareils optoélectroniques.

Pour plus d'informations, veuillez consulter:
Site web du Laboratory for Ultrafast Microscopy and Electron Scattering Lumes

Source: D'après des informations communiquées par les projets et des communiqués de presse

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