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La nanophotonique au graphène sur le point de passer à l'usage pratique

Des scientifiques financés par l'UE ont démontré par des applications que le graphène pouvait être pour la nanophotonique un matériau alternatif ayant un impact potentiel dans un large éventail de dispositifs photoniques.
La nanophotonique au graphène sur le point de passer à l'usage pratique
Le graphène, un matériau 2D véritable composé d'une monocouche d'atomes de carbone, a suscité beaucoup d'intérêt depuis son isolation expérimentale en raison de ses propriétés électroniques, mécaniques et optiques exceptionnelles. Les propriétés uniques du graphène ont un effet puissant sur les ondes électromagnétiques de surface guidées, appelées plasmons de surface.

Les plasmons de surface et les champs optiques liés devraient logiquement se régler électriquement en variant la densité de porteur du graphène. Le travail expérimental accompli dans le cadre du projet GRANOP (Graphene nano-photonics) a indiqué qu'il était possible de confiner des plasmons de graphène en volumes des millions de fois plus petits qu'une propagation de plasmons dans un espace libre.

En outre, les scientifiques ont démontré que, dans des conditions réalistes, le confinement élevé des champs optiques de plasmons provoquait des interactions à la vitesse d'une picoseconde: un délai largement plus court que la durée de vie estimée du plasmon. L'équipe du projet GRANOP a tiré profit de cette interaction et de la non-linéarité intrinsèque du graphène pour réaliser un commutateur basé sur un seul photon.

Plus précisément, le confinement des champs optiques a servi à transformer une nanostructure de graphène en une cavité résonante adaptable ayant un volume mode extrêmement petit. La résonance de la cavité était régulée in situ par des points de contrôle du graphène. La possibilité de commuter entre les modes de résonance plasmonique devrait ouvrir la voie aux transistors optiques à base de graphène.

La combinaison de nanoélectronique et de nano-optique favorise le développement d'une pléthore de dispositifs nano-optoélectroniques. Des interactions lumière-matière fortement améliorées, entre autres, sont envisagées pour les dispositifs quantiques. Avant l'achèvement du projet, les scientifiques ont démontré de fortes interactions entre le graphène et des ions d'erbium, ceux-ci jouant le rôle d'émetteurs de lumière à l'échelle nanoscopique.

En plaçant les ions d'erbium à une distance de quelques nanomètres du graphène, ils ont pu modifier le taux de relaxation des ions d'erbium excités, qui émettent de la lumière à la longue d'onde des télécommunications optiques qui est de 1,5 µm. De plus, ils pourraient contrôler à quel moment l'émetteur se divise en paires électron-trou, photons émis ou graphène plasmonique.

Les travaux de recherche GRANOP sur le contrôle des taux de relaxation et les trajets de ces émetteurs de lumière trouveront des applications dans des domaines allant du traitement des informations quantiques et de la collecte de lumière aux (bio)molécules de détection.

Informations connexes

Mots-clés

Graphène, nanophotonique, plasmons de surface, champs optiques, GRANOP, émetteurs de lumière
Numéro d'enregistrement: 183063 / Dernière mise à jour le: 2016-07-26
Domaine: Technologies industrielles