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Des processeurs ultra rapides grâce aux plasmons

En mettant en œuvre une technique d'imagerie électronique innovante, des scientifiques financés par l'UE ont réussi pour la première fois à observer la double nature quantique et classique des plasmons et la propagation des ondes dans des nanostructures. Le résultat pose les bases d'une nouvelle génération d'ordinateurs hybrides optiques-électroniques capables de fonctionner à des vitesses extrêmement élevées.
Des processeurs ultra rapides grâce aux plasmons
Dans certaines circonstances, lorsque la lumière interagit avec les électrons libres dans un métal, elle génère une onde de densité appelée plasmon qui se produit à des fréquences optiques. Les plasmons sont des ondes d'électrons de surface excités plutôt qu'un mouvement de particules réelles se déplaçant à une vitesse proche de la lumière. De ce fait, les processeurs informatiques basés sur cette technologie peuvent fonctionner à des vitesses beaucoup plus élevées que l'électronique actuelle.

Dans un ordinateur, la connexion des circuits optiques aux circuits électroniques nécessite le contrôle des plasmons. Le projet TRUEVIEW (Time-resolved ultrafast electron visualization of evanescent waves), financé par l'UE, a grandement amélioré notre compréhension de l'évolution des champs électromagnétiques évanescents dans les structures nanophotoniques et des interactions lumière-matière sous-jacentes nécessaires à la recherche moderne en optoélectronique.

En utilisant la technique de microscopie électronique en champ proche photo-induite (PINEM), les scientifiques ont été en mesure de visualiser et caractériser des nanostructures photoniques et plasmoniques dans l'espace et le temps avec des résolutions de l'ordre du nanomètre et de la femtoseconde. Cette technique avancée exploite de très courtes impulsions électroniques synchronisées pour détecter des champs électromagnétiques ultrarapides photo-induits confinés dans des structures nanométriques.

Dans une expérience soigneusement conçue où une onde stationnaire plasmonique a été excitée par un photon sur un résonateur à l'échelle nanométrique, les scientifiques ont capturé un instantané ultrarapide de la lumière confinée, cartographiant en deux dimensions sa distribution énergétique et spatiale. L'image obtenue grâce à cette expérience met en évidence les propriétés ondulatoires des plasmons en même temps que leur nature quantique.

Les scientifiques ont également filmé la propagation des ondes plasmoniques dans des supports conçus avec soin. La propagation et l'interférence ont été filmées grâce à l'imagerie PINEM en utilisant une approche stroboscopique basée sur des impulsions électroniques synchronisées sur des temporisations différentes. Dans des expériences similaires, les chercheurs ont démontré le contrôle du motif d'interférence plasmonique grâce à la combinaison de la conception de la nanostructuration et de la polarisation de la lumière d'excitation.

TRUEVIEW, a pu dévoiler les mécanismes de fonctionnement des ondes optiques confinées à l'échelle nanométrique et la manipulation de la lumière dans les nanostructures optoélectroniques. En utilisant PINEM pour visualiser et caractériser des nanostructures photoniques et plasmoniques dans l'espace et dans le temps, le projet a également réussi à renforcer la présence de la microscopie électronique ultrarapide au sein de la communauté européenne de la recherche.

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Mots-clés

Processeurs ultrarapides, plasmons, onde-particule, TRUEVIEW, microscopie électronique
Numéro d'enregistrement: 190873 / Dernière mise à jour le: 2017-01-17