Exploiter la lumière ultraviolette extrême dans de minuscules dispositifs
Le projet X-PIC(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, a exploré l’extension de la photonique intégrée dans une région spectrale jamais exploitée auparavant, entre l’ultraviolet extrême (EUV) – un type de lumière qui se situe au-delà de l’ultraviolet – et les rayons X mous situés juste à côté de l’EUV. La lumière EUV présente des longueurs d’onde des dizaines à des centaines de fois plus courtes que la lumière visible. «Les technologies existantes ne sont pas efficaces dans cette région, car la matière absorbe rapidement la lumière au-delà de cent nanomètres, soit environ un millième du diamètre d’un cheveu humain», explique Salvatore Stagira(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), professeur de physique expérimentale à l’École polytechnique de Milan en Italie, qui a coordonné le projet. «Cependant, cette région spectrale est très attrayante car elle permet des applications d’imagerie avec une résolution spatiale extrêmement élevée, comme l’exigent aujourd’hui les processus de fabrication de la microélectronique moderne.» Dans cette région, il est possible de générer l’événement artificiel le plus court - les impulsions lumineuses attosecondes - le domaine à l’origine du prix Nobel de physique 2023 qui explore les processus extrêmement rapides dans la matière. Ces impulsions sont aussi courtes que quelques millionièmes de milliardième de seconde. La photonique intégrée à l’EUV combine toutes les capacités susmentionnées dans un dispositif compact et miniaturisé.
Percée technologique dans le domaine de la photonique
L’équipe de X-PIC a démontré qu’il est possible de générer et de manipuler des impulsions lumineuses cohérentes dans la région spectrale EUV à l’intérieur d’une plateforme miniaturisée. Ce résultat a été obtenu dans une petite plaque de silice fondue à l’aide d’une technique appelée irradiation laser femtoseconde suivie d’une gravure chimique (FLICE). La lumière EUV ne pouvant traverser la plupart des matériaux solides, l’idée principale était qu’elle puisse être guidée à travers un canal vide, d’un diamètre comparable à celui d’un cheveu humain, par l’intermédiaire de FLICE. Dans ce canal, une impulsion lumineuse EUV est générée par l’interaction d’une impulsion laser IR intense et ultracourte avec un gaz qui le traverse. Le dispositif comprend un réseau de canaux microfluidiques qui alimentent le canal principal en gaz. L’extrême flexibilité de FLICE permet de réaliser des structures vides tridimensionnelles complexes dans l’appareil. L’impulsion EUV peut ensuite être séparée de l’impulsion laser IR par des canaux vides supplémentaires. Enfin, elle peut être exploitée soit à l’intérieur de l’appareil, soit à l’extérieur, en fonction de l’application.
Vers le développement de dispositifs plus complexes
Selon Salvatore Stagira, le principal avantage de ce résultat est la démonstration d’une technologie permettant la miniaturisation d’une ligne de faisceaux EUV complète dans un petit dispositif de quelques millimètres de long, alors que les lignes de faisceaux EUV encombrantes habituelles s’étendent sur plusieurs mètres. La ligne de faisceaux est le système qui génère, transporte, façonne et délivre la lumière EUV. À court terme, cela aura principalement un impact sur les applications impliquant la spectroscopie résolue en temps(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Des applications à long terme sont envisagées dans les domaines de la métrologie EUV, de la photolithographie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), de l’imagerie et de l’optique quantique EUV. «Le projet X-PIC a fusionné deux technologies distinctes: l’approche “laboratoire sur puce”, dans laquelle des fonctionnalités complexes sont exécutées à l’intérieur d’un petit dispositif, et la génération d’impulsions lumineuses EUV cohérentes jusqu’au régime de l’attoseconde», conclut Salvatore Stagira. «Par conséquent, la photonique intégrée entre dans un nouveau domaine.»
