Les ondes millimétriques intéressent de plus en plus de monde. On les connaît notamment pour les télécommunications sans fil, en WiFi ou avec la 5G, ou encore pour accélérer les “contrôles de sécurité” des aéroports. En télécommunications, les avantages sont non négligeables (des débits démesurés), mais avec un inconvénient de taille : à cause de leur longueur d’onde (entre un millimètre et cent microns), ces ondes interagissent fortement avec tout ce qui a une taille au moins de l’ordre du millimètre. En pratique, cela signifie qu’une communication n’est possible que s’il n’y a aucun obstacle entre l’émetteur et le récepteur : en 5G, cette bande de fréquences n’a de sens qu’à l’extérieur ; avec WiFi, les très hauts débits ne sont possibles qu’à l’intérieur d’une pièce. Une équipe de l’université technique de Munich (TUM) a eu l’idée d’utiliser ces ondes millimétriques dans un autre matériau que l’air pour des télécommunications : de petits espaces vides à l’intérieur de nos processeurs (de l’ordre de quelques nanomètres). Cette manière de procéder pourrait mener à des débits inatteignables actuellement. Le principe de base est qu’un électron peut transmettre un signal à très haute fréquence en parcourant un espace assez restreint. Si l’espace est trop grand, l’électron seul n’a pas assez d’énergie pour franchir l’écart.
L’émission commence avec un laser qui respecte la cohérence de la phase : chaque pulsation émise par le laser (chaque photon) doit avoir exactement la même forme. Ces ondes électromagnétiques sont utilisées pour stimuler des électrons délocalisés : ils ne sont pas liés à un atome ou à une liaison chimique entre atomes ; ils sont donc entièrement libres de se mouvoir dans la matière. Quand une photo percute un électron, du côté de la réception, un plasmon est émis (une onde qui se propage d’électron en électron, dans le matériau, principalement dans la direction du photon, mais aussi à la perpendiculaire, avec une grande atténuation).
L’innovation de l’équipe munichoise est d’utiliser des antennes asymétriques (des “nanojonctions”) : l’émetteur n’est pas une copie conforme du récepteur, l’émetteur étant ici plus courbé. Cela facilite la transmission du signal, le courant généré du côté du récepteur étant plus fort et donc plus facile à exploiter.
En pratique, l’équipe a réussi à effectuer des communications à l’aide de pulsations de vingt femtosecondes — ce qui correspond à cinquante mille milliards d’électrons qui peuvent traverser la nanojonction. À raison d’un bit par électron, on peut donc espérer atteindre dix térabits par seconde. Cette technique de transmission est entièrement compatible avec les techniques actuelles de fabrication de semiconducteurs.
Source : Plasmonic Antenna Shines a Light on Terahertz Processors.
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