Le graphène révèle-t-il des fréquences cachées du spectre électromagnétique ?


Un amplificateur de fréquence à base de graphène permettra d'exploiter les insaisissables longueurs d'onde térahertz pour les communications, rendant ainsi possibles des technologies révolutionnaires.

Une nouvelle ère pour les technologies médicales, cosmologiques et autres

Les ondes térahertz (THz) se situent entre les micro-ondes et les infrarouges dans le spectre des fréquences de la lumière, mais leur faible énergie a empêché les scientifiques de réaliser leur potentiel.

Cette énigme est connue dans les milieux scientifiques sous le nom de "fossé térahertz".

La capacité de détecter et d'amplifier les ondes THz (rayons T) ouvrirait une nouvelle ère pour les technologies médicales, de communication, satellitaires, cosmologiques et autres.

L'une des plus importantes applications serait une alternative sûre et non destructive aux rayons X. Jusqu'à présent, cependant, les longueurs d'onde de 3 millimètres à 30 picomètres ne pouvaient pas être utilisées en raison des signaux relativement faibles de toutes les sources existantes.

En utilisant du graphène et un semi-conducteur à haute température, une équipe de physiciens a créé un nouveau transistor optique qui fonctionne comme un amplificateur THz.

La physique de l'amplificateur repose sur les propriétés du graphène, qui est transparent et insensible à la lumière et dont les électrons n'ont pas de masse. Il se compose de deux couches de graphène et d'un supraconducteur qui piège les électrons sans masse du graphène entre elles, comme un sandwich.

Le dispositif, décrit dans Physical Review Letters, est relié à une alimentation électrique. Lorsque le rayonnement THz frappe la couche externe du graphène, les particules piégées à l'intérieur se joignent aux ondes sortantes, leur donnant plus de puissance et d'énergie qu'à leur arrivée, ce qui les amplifie.

Le professeur Fedor Kusmartsev, du département de physique de l'université de Loughborough, a déclaré dans un communiqué : "Le dispositif a une structure très simple, constituée de deux couches de graphène et de supraconducteur qui forment un sandwich. Lorsque la lumière THz tombe sur le sandwich, elle se reflète comme un miroir.

"Le point essentiel est que la quantité de lumière réfléchie est supérieure à celle qui tombe sur l'appareil. Cela fonctionne parce que l'énergie externe est fournie par une batterie ou par la lumière incidente provenant d'autres fréquences plus élevées dans le spectre électromagnétique", a-t-il déclaré.

"Les photons THz sont convertis par le graphène en électrons sans masse, qui à leur tour sont reconvertis en photons THz réfléchis et énergisés. Grâce à cette conversion, les photons THz absorbent l'énergie du graphène ou de la batterie et les faibles signaux THz sont amplifiés."