Les ondes THz, situées dans la zone infrarouge lointaine du spectre électromagnétique, peuvent servir à l’imagerie non invasive à travers des matériaux opaques pour des applications en sécurité et en contrôle de la qualité. En outre, ces ondes sont très prometteuses pour la communication sans fil. Les avancées en optique non linéaire THz, qui peut servir à modifier la fréquence des ondes électromagnétiques, sont essentielles au développement de systèmes de traitement de signaux et de communication sans fil haute vitesse pour les technologies de la sixième génération et ultérieures.
Les technologies THz évoluent rapidement et joueront à coup sûr un rôle critique en matière de santé, de communication, de sécurité et de contrôle de la qualité. Jean-Michel Ménard, professeur agrégé de physique à la Faculté des sciences, et une équipe de recherche ont ouvert la voie au développement d’appareils pouvant faire la conversion ascendante de signaux électromagnétiques en fréquences d’oscillation plus élevées, ce qui comblera concrètement le fossé entre les appareils électroniques GHz et ceux optoélectroniques THz.
Ces résultats, publiés dans Light: Science & Applications, font état de stratégies novatrices pour améliorer les non-linéarités THz dans les dispositifs à base de graphène. « L’étude marque une étape importante de l’augmentation de l’efficacité des convertisseurs de fréquences THz, aspect crucial pour les utilisations THz multispectrales, particulièrement pour l’avenir des systèmes de communication comme le 6G », explique le professeur Ménard. Ont également collaboré à cette étude ses collègues chercheurs de l’Université d’Ottawa, Ali Maleki et Robert W. Boyd, ainsi que Moritz B. Heindl et Georg Herink de l’Université de Bayreuth, en Allemagne, et Iridian Spectral Technologies.
La nouvelle étude présente des méthodes pour exploiter les propriétés optiques uniques du graphène, un matériau quantique émergent constitué d’une seule couche d’atomes de carbone. Ce matériau bidimensionnel s’intègre facilement à des dispositifs, ce qui donne lieu à de nouvelles applications pour le traitement des signaux et la communication.
De précédents travaux sur la lumière du spectre THz et le graphène, principalement axés sur les interactions lumière-matière fondamentales, ont surtout examiné l’effet d’un seul paramètre sur l’expérience. Les effets non linéaires produits étaient extrêmement faibles. Pour surmonter cette limite, le professeur Ménard et ses collègues ont combiné différentes approches novatrices visant à accroître les effets non linéaires et à tirer pleinement parti des propriétés uniques du graphène.
« Notre plateforme expérimentale et nos architectures de dispositif novatrices nous permettront d’examiner une vaste gamme de matériaux autres que le graphène, et de peut-être cerner de nouveaux mécanismes d’optique non linéaire », ajoute Ali Maleki, doctorant du groupe THz ultra-rapide de l’Université d’Ottawa, qui a recueilli des données et analysé les résultats de l’étude.
« Ce genre de recherche et développement est indispensable pour peaufiner les techniques de conversion des fréquences THz en vue d’incorporer la technologie aux applications pratiques, en particulier pour créer des convertisseurs de signaux THz non linéaires intégrés à la puce qui propulseront les systèmes de communication futurs. »
Demandes médias : [email protected]