Puce de graphène Plasmon

30.06.2013

Des physiciens du Massachusetts Institute of Technology ont créé un circuit électronique qui vous permet de contrôler les ondes plasmon en utilisant une combinaison de graphène et de matériaux ferroélectriques. Des expériences de scientifiques ont montré la possibilité fondamentale de créer des dispositifs informatiques avec des fréquences de fonctionnement très élevées et en même temps ayant un degré de miniaturisation encore plus élevé que les puces informatiques modernes.

Le principe fondamental du dispositif repose sur l'utilisation de plasmons : des pseudo-particules avec lesquelles les physiciens décrivent le comportement du plasma. Dans le cadre de ce travail, le plasma est compris non pas comme un gaz ionisé incandescent, mais comme des porteurs de charge dispersés dans le graphène, qui peut être décrit assez précisément comme une collection de particules de gaz d'électrons chargés. Dans ce gaz d'électrons, à leur tour, des oscillations se produisent qui transportent une certaine énergie. L'énergie des oscillations, en pleine conformité avec les lois de la mécanique quantique, est quantifiée et c'est le quantum de ces oscillations qui s'appelle un plasmon.

Les plasmons jouent un rôle important dans la physique du solide, car ils permettent, par exemple, de prédire et de calculer les propriétés optiques des substances. Mais un groupe de chercheurs du MIT n'était pas intéressé par cela, mais par la capacité de contrôler les plasmons, c'est-à-dire la capacité de diriger les ondes de plasmons au bon endroit. Un tel contrôle est important non seulement parce qu'il testera une fois de plus des modèles théoriques, mais aussi parce que les ondes plasmoniques peuvent avoir une fréquence beaucoup plus élevée que les oscillations électromagnétiques dans la technologie électronique utilisée aujourd'hui. Si un processeur central typique fonctionne à des fréquences allant de centaines de mégahertz à plusieurs gigahertz, les ondes plasmon dans les expériences des scientifiques ont montré la possibilité fondamentale d'atteindre une marque de plusieurs térahertz, plusieurs milliers de gigahertz.

Selon les chercheurs, ils ont pu contrôler les plasmons grâce à une combinaison de deux matériaux, le graphène et les ferroélectriques. Le graphène est une feuille plate d'un atome de carbone d'épaisseur, et les ferroélectriques ou ferroélectriques sont des substances qui peuvent s'électrifier sous l'influence d'un champ électrique et conserver une charge après la suppression du champ externe. En plaçant une feuille de graphène entre deux plaques de niobate de lithium, les physiciens ont pu diriger les ondes plasmoniques dans la direction requise après avoir formé les limites du guide d'ondes à partir des sections chargées du ferroélectrique.

Des expériences ont montré que la distance entre de tels guides d'ondes ne peut pas dépasser 20 nanomètres et, dans ce cas, les oscillations de plasmons ne se déforment pas. Les chercheurs estiment que leurs travaux ouvrent la voie, sinon à la mise en œuvre industrielle de la méthode, du moins à la poursuite des expérimentations avec le graphène et les ferroélectriques. L'une des applications possibles que les scientifiques appellent les dispositifs optoélectroniques dans lesquels la lumière provoque des oscillations plasmoniques : des estimations préliminaires suggèrent qu'ils seront beaucoup plus compacts que les convertisseurs modernes de ce type. De plus, le développement peut aider à la création de systèmes rapides d'écriture et de lecture d'informations à partir de dispositifs de stockage ferroélectriques : théoriquement, la vitesse de travail peut dépasser les taux actuels de milliers de fois.

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