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BE Autriche 137  >>  8/07/2011

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Matériaux
Du graphène pour une opto-électronique plus véloce que jamais

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/67241.htm

Un groupe de l'Institut de Photonique de l'Université Technologique de Vienne a mis en évidence la capacité du graphène à convertir la lumière en signal électrique de façon extrêmement rapide. Ceci permet d'envisager des applications par exemple dans le transfert de données entre ordinateurs.

Attentes envers le graphène

Le graphène, un allotrope du carbone où les atomes sont disposés sur une seule couche à la façon des alvéoles d'une ruche (voir illustration ci-dessous), attire l'attention des scientifiques et des industriels depuis 2004, date de sa première isolation. Bien qu'étant relativement abondant dans la Nature, puisqu'il forme en particulier la base du graphite [1], parvenir à isoler une simple couche d'une épaisseur d'un atome reste un défi technologique. Néanmoins, il s'agit d'un matériau prometteur à différents égards : sa résistance à la rupture est 200 fois plus élevée que l'acier pour une masse plus faible, et sa résistivité électrique est plus faible que celle de l'argent, qui est la substance ayant la résistivité la plus faible à température ambiante. Ses différentes propriétés font donc logiquement l'objet de recherches actives - le Prix Nobel de Physique 2010 a ainsi été attribué en raison des progrès effectués dans la recherche sur le graphène.


Un temps de réaction de 2,1 picosecondes

L'avancée des chercheurs de l'Université Technologique de Vienne s'inscrit dans ce cadre. L'année dernière déjà, un groupe de la faculté d'Electrotechnique et des Technologies de l'Information avait montré que le graphène était capable de convertir extrêmement rapidement la lumière en signal électrique à l'aide de l'effet photoélectrique. Le temps de réaction n'avait alors pas pu être mesuré du fait de sa brièveté exceptionnelle ; c'est désormais chose faite : usant d'astuces techniques, car les méthodes conventionnelles ne permettent pas de mesurer des durées aussi courtes, les chercheurs ont montré que le temps de réaction d'un détecteur en graphène qu'ils ont conçu est de 2,1 picosecondes (une picoseconde valant 10-12 s, soit un millième de milliardième de seconde). En utilisant deux impulsions laser ultracourtes en succession rapide dont on fait varier le temps de séparation puis en mesurant le courant créé, il est possible de déterminer la fréquence d'utilisation maximale du détecteur. Il a ainsi été trouvé que ce type de détecteurs à base de graphène autorise une fréquence de 262 GHz, permettant un taux de transfert de données théorique maximal de plus de 30 Gigaoctets par seconde par gamme de longueurs d'ondes - les réseaux commerciaux actuels montent au mieux à un taux de 1,2 Gigaoctets par seconde.

De telles performances peuvent être obtenues en raison de la courte durée de vie des porteurs de charge dans le graphène. Les électrons délogés de leur emplacement par la lumière incidente retrouvent une place en quelques picosecondes à peine, et le détecteur est donc à nouveau prêt à recevoir une autre impulsion lumineuse.

Ces résultats confirment l'intérêt du graphène comme matériau constituant des composants d'opto-électronique à grande vitesse. Si des performances similaires ont été obtenues avec des systèmes n'utilisant pas de graphène, il faut noter qu'ils sont alors fortement limités par les domaines de longueurs d'ondes utilisables, tandis que le graphène absorbe la lumière sur un large domaine allant de l'infra-rouge au visible.

--

[1] Les mines de crayon sont par exemple faites en graphite. Le graphite est constitué d'une superposition de couches de graphène.

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Pour en savoir plus, contacts :

- Dr Alexander Urich, chercheur à l'Institut de Photonique de l'Université Technologique de Vienne - alexander.urich@tuwien.ac.at
- Article scientifique publié dans la revue Nano Letters : A. Urich, K. Unterrainer, T. Müller; Intrinsic Response Time of Graphene Photodetectors, Nano Letters (2011), DOI: 10.1021/nl2011388 - http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl2011388

Code brève
ADIT :
67241

Source :

- Communiqué de l'Université Technologique de Vienne : (en allemand) http://www.tuwien.ac.at/aktuelles/news_detail/article/7070/
- Article de Kurier daté du 27 juin 2011 : (en allemand) http://kurier.at/techno/3917862.php

Rédacteur :

Maxime Enderli

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Origine :

BE Autriche numéro 137 (8/07/2011) - Ambassade de France en Autriche / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/67241.htm
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