Des chercheurs écossais ont mis au point une méthode révolutionnaire pour assembler des dispositifs ultra-petits contrôlant la lumière, ouvrant ainsi la voie à la fabrication à grande échelle de systèmes optiques avancés utilisés dans les technologies quantiques, les télécommunications et la détection.
Cette avancée, publiée dans Nature Communications, porte sur les cavités à cristaux photoniques (PhCC), des structures à l’échelle micrométrique qui piègent et manipulent la lumière avec une précision extraordinaire. Il s’agit de composants essentiels pour les technologies de haute performance, allant de l’informatique quantique à l’intelligence artificielle photonique.
Jusqu’à présent, la création de grands réseaux de PhCC était fortement limitée par les minuscules variations introduites lors de la fabrication. Même des imperfections à l’échelle nanométrique peuvent modifier considérablement les propriétés optiques de chaque dispositif, rendant impossible la construction de réseaux d’unités identiques directement sur la puce.
L’équipe dirigée par l’université de Strathclyde a conçu une méthode qui permet de retirer physiquement les PhCC individuels de leur plaquette de silicium d’origine et de les placer sur une nouvelle puce, tout en mesurant et en triant précisément chacun d’entre eux en fonction de ses caractéristiques optiques en temps réel.
Système sur mesure
Grâce à un système d’intégration de dispositifs semi-conducteurs sur mesure, conçu et construit à Strathclyde, les chercheurs peuvent manipuler et positionner des dispositifs photoniques microscopiques avec une précision et un débit sans précédent, ce qui constitue une avancée majeure vers une fabrication à grande échelle.
Le Dr Sean Bommer, de Strathclyde et auteur principal de l’article, a déclaré : « Il s’agit du premier système de ce type qui permet la mesure optique de ces dispositifs au fur et à mesure de leur intégration. Avec les méthodes précédentes, l’assemblage de ces dispositifs s’apparentait à la construction d’un jeu de Lego, mais sans connaître la couleur de chaque brique. Maintenant que nous pouvons mesurer leurs performances pendant l’assemblage, cela ouvre la voie à des conceptions plus efficaces et plus complexes. »
En une seule session, l’équipe a réussi à transférer et à classer 119 PhCC par longueur d’onde de résonance (la longueur d’onde spécifique de la lumière qu’un matériau ou un objet absorbe ou transmet le plus fortement), créant ainsi un réseau sur mesure impossible à fabriquer avec les méthodes traditionnelles. La plateforme d’intégration a également permis aux chercheurs d’observer pour la première fois comment les dispositifs réagissent de manière dynamique au processus d’impression, révélant des effets mécaniques élastiques et plastiques sur des échelles de temps allant de quelques secondes à plusieurs heures.
Une étape cruciale
Le professeur Michael Strain, titulaire de la chaire Fraunhofer & RAEng en photonique à l’échelle des puces, a ajouté : « La possibilité de réorganiser ces dispositifs microscopiques après leur fabrication est une étape cruciale pour les utiliser comme éléments dans des circuits à plus grande échelle. »
« Nous travaillons actuellement à l’assemblage d’une gamme diversifiée de dispositifs à semi-conducteurs sur une seule puce afin de créer des systèmes complexes et performants pour les télécommunications, les applications quantiques, la détection et bien d’autres domaines. »
Cette recherche a été menée en collaboration avec le professeur Dirk Englund du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et financée par la Royal Academy of Engineering, l’EPSRC et Innovate UK, qui fait partie de UK Research & Innovation.
Bommer, S.P., Panuski, C., Guilhabert, B. et al. Transfer printing micro-assembly of silicon photonic crystal cavity arrays: beating the fabrication tolerance limit. Nat Commun 16, 5994 (2025). DOI : 10.1038/s41467-025-60957-1
