La recherche scientifique ne cesse d’explorer de nouveaux horizons dans le domaine des technologies de communication. Une question se pose : comment améliorer la performance des ondes terahertz pour révolutionner les systèmes de communication sans fil ? Des chercheurs de l’Université d’Ottawa ont peut-être trouvé une réponse en développant des méthodes innovantes pour la conversion de fréquence des ondes terahertz dans des structures à base de graphène.
Les ondes terahertz, situées dans la région de l’infrarouge lointain du spectre électromagnétique, offrent de nombreuses possibilités. Elles permettent l’imagerie non invasive à travers des matériaux opaques, ce qui est utile pour la sécurité et le contrôle qualité. De plus, ces ondes présentent un potentiel considérable pour la communication sans fil. Le développement de l’optique non linéaire dans le domaine des terahertz est indispensable pour la création de systèmes de communication sans fil à haute vitesse et de traitement de signal pour les technologies 6G et au-delà.
Des innovations dans la conversion de fréquence
Une équipe de chercheurs, dirigée par Jean-Michel Ménard, professeur associé en physique à la Faculté des sciences de l’Université d’Ottawa, a mis au point des techniques permettant de convertir les signaux électromagnétiques à des fréquences d’oscillation plus élevées. Ces méthodes innovantes sont vitales pour combler le fossé entre l’électronique des GHz et la photonique des THz.
Ces découvertes, publiées dans «Light: Science & Applications», montrent des stratégies novatrices pour améliorer les non-linéarités des terahertz dans des dispositifs à base de graphène. « La recherche représente un pas important dans l’amélioration de l’efficacité des convertisseurs de fréquence THz, un aspect essentiel pour les applications multispectrales des terahertz et en particulier pour l’avenir des systèmes de communication, comme la 6G, » a déclaré le professeur Ménard. Il a collaboré sur ce projet avec d’autres 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 (Allemagne) et Iridian Spectral Technologies.
Le graphène : Un matériau clé
Le graphène, un matériau quantique émergent composé d’une seule couche d’atomes de carbone, possède des propriétés optiques uniques que les chercheurs ont exploitées. Ce matériau 2D peut être intégré sans heurt dans des dispositifs, ouvrant la porte à de nouvelles applications en traitement de signal et communication.
Les travaux précédents combinant lumière THz et graphène se concentraient principalement sur les interactions fondamentales lumière-matière, examinant souvent l’effet d’un seul paramètre dans l’expérience. Les effets non linéaires résultants étaient extrêmement faibles. Pour surmonter cette limitation, le professeur Ménard et ses collègues ont combiné plusieurs approches innovantes pour renforcer les effets non linéaires et exploiter pleinement les propriétés uniques du graphène.
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«Notre plateforme expérimentale et les nouvelles architectures de dispositifs offrent la possibilité d’explorer une vaste gamme de matériaux au-delà du graphène et potentiellement d’identifier de nouveaux mécanismes optiques non linéaires,» a ajouté Ali Maleki, un doctorant du groupe THz ultrarapide à l’Université d’Ottawa, qui a collecté et analysé les résultats de l’étude.
Cette recherche est indispensable pour affiner les techniques de conversion de fréquence des terahertz et pour intégrer éventuellement cette technologie dans des applications pratiques, notamment pour permettre des convertisseurs de signal non linéaires des terahertz efficaces et intégrés sur puces qui propulseront les systèmes de communication de demain.
Légende illustration : GenAI
Article : ‘Strategies to enhance THz harmonic generation combining multilayered, gated, and metamaterial-based architectures’ / ( 10.1038/s41377-024-01657-1 )
Source : University of Ottawa
