Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques de l’Université de Constance a démontré que les ondes lumineuses peuvent être utilisées pour transporter des électrons à des vitesses inférieures à la femtoseconde (c’est-à-dire plus rapides que 10 %).-15 secondes).
Les électrons se déplacent entre les deux bras d’une nanoantenne métallique entraînée par une onde lumineuse à cycle unique. Crédit photo : Université de Constance.
“Cela pourrait bien être le futur lointain de l’électronique”, a déclaré le Professeur Alfred Leitenstorfer de l’Université de Constance, co-auteur d’un article publié dans la revue. Nature Physics.
“Nos expériences avec des impulsions lumineuses à cycle unique nous ont permis d’atteindre la plage attoseconde du transport des électrons.”
Dans cette étude, le professeur Leitenstorfer et ses collègues avaient pour objectif de mettre au point un dispositif expérimental permettant de manipuler des impulsions lumineuses ultracourtes à l’échelle de la femtoseconde, en dessous d’un seul cycle d’oscillation, et de créer des nanostructures adaptées aux mesures et à la manipulation de charges électroniques de haute précision.
“Nous pensons que l’avenir de l’électronique réside dans des dispositifs plasmoniques et optoélectroniques intégrés qui fonctionnent dans le régime de l’électron unique à des fréquences optiques – plutôt que micro-ondes”, ont-ils déclaré.
“Cependant, c’est de recherche très fondamentale dont nous parlons ici et la mise en œuvre pourrait prendre des décennies.”
Le dispositif expérimental de l’équipe comprenait des antennes en or de taille nanométrique et un laser ultrarapide capable d’émettre cent millions d’impulsions lumineuses à cycle unique par seconde.
“La conception en nœud papillon de l’antenne optique a permis une concentration spatio-temporelle sub-longueur d’onde et sub-cycle du champ électrique de l’impulsion laser dans l’espace d’une largeur de 6 nm”, ont déclaré les chercheurs.
“En raison du caractère hautement non linéaire du passage par effet tunnel des électrons hors du métal et de leur accélération sur l’espace dans le champ optique, nous avons pu commuter des courants électroniques à des vitesses de 600 attosecondes.”
“Ce processus ne se produit qu’à des échelles de temps inférieures à la moitié d’une période d’oscillation du champ électrique de l’impulsion lumineuse”, a précisé le professeur Leitenstorfer.
“Nous avons pu le confirmer et le cartographier en détail au moyen d’un traitement dépendant du temps de la structure quantique électronique couplée au champ lumineux.”
“Cette étude ouvre des possibilités entièrement nouvelles pour comprendre comment la lumière interagit avec la matière condensée, permettant l’observation de phénomènes quantiques à des échelles temporelles et spatiales sans précédent”, ont déclaré les scientifiques.
“En nous appuyant sur la nouvelle approche de la dynamique des électrons pilotée à l’échelle nanométrique par les champs optiques que nous offre cette étude, nous allons passer à l’étude du transport des électrons à des échelles de temps et de longueur atomiques dans des dispositifs à l’état solide encore plus sophistiqués de dimensions picométriques.”
