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Dans les appareils électroniques, la vitesse de transfert des électrons et l’une des propriétés majeures définissant la performance du transport de l’information au sein des systèmes. Aujourd’hui, les flux électroniques peuvent commuter sur des temps de l’ordre de la picoseconde (1012 seconde) ; une vitesse certes impressionnante mais loin d’être optimisée. Récemment, des physiciens ont réussi, à l’aide de lasers, à atteindre des vitesses sub-femtosecondes (inférieures à 1015 seconde). Une avancée qui pourrait significativement améliorer les systèmes informatiques et électroniques.

L’astuce consiste à manipuler les électrons avec des ondes lumineuses spécialement conçues et produites par un laser ultrarapide. Toutefois, cela pourrait prendre un certain temps avant que ce type de technologie ne soit intégré à un ordinateur portable. À l’heure actuelle, les composants électroniques les plus rapides peuvent être activés ou désactivés en picosecondes, environ 1000 fois plus qu’une femtoseconde.

Avec leur nouvelle méthode, les physiciens ont pu commuter des courants électriques à environ 600 attosecondes (une femtoseconde équivaut à 1000 attosecondes). Alfred Leitenstorfer et ses collègues ont pu expérimenter une configuration précise au Center for Applied Photonics de Constance. Leur expérience comprenait à la fois la capacité de manipuler soigneusement les impulsions lumineuses ultra-courtes et de construire les nanostructures nécessaires. Les détails ont été publiés dans la revue Nature Physics.

Des temps de commutation inférieurs à la femtoseconde

Le laser utilisé par l’équipe a pu émettre cent millions d’impulsions lumineuses à cycle unique chaque seconde afin de générer un courant mesurable. En utilisant des antennes d’or à l’échelle nanométrique en forme de nœud papillon, le champ électrique de l’impulsion a été concentré vers le bas dans un espace mesurant seulement six nanomètres de large.

electron nanoantenne

Vue d’artiste du déplacement d’un électron entre deux nanoantennes d’or. Crédits : University of Konstanz

En raison de leur configuration spécialisée, de la tunnellisation et de l’accélération des électrons produits, les chercheurs ont pu commuter les courants électriques bien en dessous d’une femtoseconde — moins d’une demi-période d’oscillation du champ électrique des impulsions lumineuses.

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Vers des ordinateurs ultra-rapides

Aller au-delà des restrictions de la technologie classique des semi-conducteurs au silicium s’est révélé être un défi pour les physiciens, mais l’utilisation des oscillations incroyablement rapides de la lumière pour aider les électrons à accélérer leur vitesse pourrait offrir de nouvelles voies pour repousser les limites de l’électronique.

Finalement, Leitenstorfer et son équipe pensent que les limites des systèmes informatiques actuels pourraient être surmontées en utilisant des nanoparticules plasmoniques et des dispositifs optoélectroniques, en exploitant les caractéristiques des impulsions lumineuses pour manipuler les électrons à très petite échelle.

L’étape suivante consiste à expérimenter une variété de configurations différentes en utilisant le même principe. Cette approche pourrait même offrir un aperçu de l’informatique quantique, selon les chercheurs, bien qu’il reste encore beaucoup de travail à accomplir.

Sources : Nature Physics

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