La course effrénée à la miniaturisation des composants électroniques atteint aujourd’hui ses limites physiques fondamentales. Les contraintes thermiques et énergétiques imposent désormais une réflexion radicalement différente. L’interaction entre la lumière et le son émerge comme une solution technique majeure pour la prochaine génération de dispositifs haute technologie.
Une innovation majeure dans le contrôle des ondes sonores
Par les chercheurs internationaux a été réalisée une première mondiale : la génération d’ondes sonores guidées à la surface d’une puce électronique grâce aux lasers. Les ondes acoustiques ainsi produites se propagent à des fréquences près d’un milliard de fois supérieures à celles observées lors des tremblements de terre.
«L’utilisation d’ondes sonores à la surface d’une puce microélectronique trouve des applications dans le domaine des capteurs, du traitement des signaux et des technologies de communication avancées» a indiqué le Dr Moritz Merklein dans les laboratoires de l’Institut Nano de l’Université de Sydney.
Les méthodes traditionnelles d’excitation des ondes acoustiques de surface sont remises en question par l’approche photonique. Govert Neijts, chercheur principal de l’Université de Twente, a mis en évidence : «L’utilisation de l’énergie lumineuse, contrairement à l’excitation électronique classique, permet d’éviter la surchauffe des composants». Un avantage considérable pour l’optimisation des performances.
Par les scientifiques a été sélectionné un verre spécial composé de germanium, d’arsenic et de sélénium (GeAsSe). Les propriétés particulières de ce matériau souple facilitent l’interaction entre les ondes sonores haute fréquence et les impulsions lumineuses injectées dans la puce.
Des applications multiples pour l’industrie
Le potentiel des ondes acoustiques haute fréquence a été souligné par le Dr Choon-Kong Lai, dont les recherches à l’Institut de Photonique et de Science Optique révèlent des applications prometteuses. Les capteurs ultra-sensibles et le traitement avancé des signaux constituent les premiers domaines d’application identifiés.
L’équipe de recherche avait précédemment démontré la capacité de capture des informations lumineuses dans les ondes sonores internes d’une puce. Par les experts, cette innovation a été qualifiée de phénomène «foudre dans le tonnerre».
«Nous avons développé ce travail pour pouvoir gérer et guider les informations des ondes sonores à haute fréquence sur la surface d’une puce. Il s’agit d’une contribution importante au développement de technologies de détection émergentes», a déclaré le professeur Ben Eggleton, coauteur et chef de l’équipe de recherche de l’Université de Sydney.
La diffusion Brillouin stimulée (SBS) représente le fondement technique de leurs avancées. Le processus repose sur une boucle de rétroaction amplifiée entre les photons et les phonons. Les ondes lumineuses générées par laser sont couplées aux ondes sonores, multipliant ainsi l’effet de rétroaction.
Lorsque la lumière se déplace sur la puce ou sur une fibre optique, elle crée des vibrations sonores. Considérées auparavant comme une nuisance dans la communication optique, les scientifiques ont alors réalisé qu’ils pouvaient coupler et améliorer ces vibrations pour en faire un nouveau moyen de transport et de traitement de l’information.
Les applications potentielles de la technologie sont vastes : par les chercheurs sont envisagés des développements dans les réseaux 5G/6G, les communications satellitaires, les systèmes radar et même la radioastronomie. L’intégration de la diffusion Brillouin stimulée dans les systèmes de défense fait également l’objet d’études approfondies.
Légende illustration : L’auteur principal, le Dr Choon-Kong Lai (à gauche), le responsable de la recherche, le Dr Moritz Merklein, et le professeur Ben Eggleton avec la nouvelle puce dans les laboratoires du Sydney Nansoscience Hub.
Neijts, G. et al ‘On-chip simulated Brillouin scattering via surface acoustic waves’ (APL Photonics 2024). DOI: 10.1063/5.0220496
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