21/06/2012 - Confinissent la lumière en graphène

Menéame

Des scientifiques d’institutions espagnoles ont réussi à confiner la lumière à échelle nanométrique En graphène, selon les articles publiés cette semaine dans le magazine Nature. Le progrès confirme les prédictions théoriques et les propriétés potentielles de cette couche d’atomes de carbone pour le traitement de l’information optique.

Les équipes de recherche espagnoles ont réussi à visualiser pour la première fois la lumière guidée avec une précision nanométrique en graphène, dans une couche d’atomes de carbone d’une épaisseur de seulement un atome. Cette visualisation prouve ce que les physiciens théoriques avaient prédit depuis longtemps: il est possible d’attraper et de manipuler la lumière de manière très efficace en utilisant le graphène comme une nouvelle plate-forme pour traiter des informations optiques et de détection ultra-sensibles.

L’étude, qui publie cette semaine la revue Nature, a été rendue possible par les synergies établies entre l’Institut de chimie-physique Rocasolano (IQFR-CSIC) de Madrid, l’Institut des sciences photoniques (ICFO) de Barcelone et nanoGUNE à San Sebastián.

Jusqu'à présent, des propriétés optiques d’intérêt du graphène avaient été prédites lorsque la lumière était attachée à ceux appelés 'plasmones'(scilations de nature ondulatoire de la "mer" d’électrons de conduite dans le graphène). Cependant, aucune preuve expérimentale directe de ces plasmons n’avait été obtenue. La raison en est que sa longueur d’onde, le 'taille' des plasmoses du grafène, est entre 10 et 100 fois moins de ce qui permet d’observer les microscopes optiques conventionnels.

Avec le nouveau travail, les chercheurs montrent les premières images expérimentales de plasmons dans ce matériau. Pour cela, ils ont utilisé un microscope "de champ proche" dans lequel une pointe très tranchante convertit un faisceau de lumière avec lequel ils sont irradiés en un foyer de lumière de taille nanométrique pour fournir le moment ('poudre') nécessaire pour les créer.

En même temps, la pointe est sensible à la présence de ces oscillations. Rainer Hillenbrand, leader du groupe nanoGUNE" Voir, c’est croire, dit - il. Nos images optiques de champ proche testent définitivement l’existence de plasmons localisés et en mouvement en graphène, et permettent une mesure directe de leur dramatique réduction en longueur d’onde."

Ces plasmons peuvent être utilisés pour contrôler la lumière électrique de manière similaire à ce qui est traditionnellement obtenu avec des électrons dans un transistor. Ces applications, qui jusqu'à présent étaient impossibles avec les plasmaons qui existent dans d’autres matériaux, rendent viables les commutateurs optiques efficaces de taille nanométrique, qui permettront d’effectuer des calculs par la lumière plutôt que par l’électricité.

Résolution des problèmes technologiques

" Grâce à notre travail, nous avons montré que le graphène est une excellente option pour résoudre les problèmes technologiques importants liés à la modulation de la lumière à la vitesse des micropuces actuelles ," explique Javier Garcia de Abajo, leader du groupe IQFR-CSIC.

En outre, cette capacité à attraper la lumière dans des volumes extrêmement petits pourrait éclairer une nouvelle génération de nanocapteurs avec des applications dans divers domaines tels que la médecine, la biodétection, les cellules solaires et les capteurs de lumière, ainsi que des processeurs d’information quantique.

Ce résultat ouvre littéralement un nouveau champ de recherche et offre un moyen viable d’accorder la lumière de manière ultra-rapide, ce qui n’était pas possible jusqu'à présent. Frank Koppends, leader du groupe ICFO, le résume ainsi: "Le graphène est un matériau unique et novateur pour les plasmoses, un véritable pont entre les champs nano-électronique et nano-optique."

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Référence bibliographique:

Jianing Chen, Michela Badioli, Pablo Alonso-González, Susokin Thongrattanasiri, Florian Huth, Johann Osmond, Marko Spasenović, Alba Centeno, Amaia Pesquera, Philippe Godignon, Amaia Zurutuza, Nicolas Camara, Javier García de Abajo, Rainer Hillenbrand, Frank Koppens. “Optical nano-imaging of gate-tunable grapheme plasmons”. Nature 486, 21 de junio de 2012. DOI: 10.1038/nature11254.

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