Manipulation rapide des matériaux à l’aide d’un laser – Technoguide

Des chercheurs du département de chimie physique de l’Institut Fritz Haber et de l’Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière à Hambourg ont découvert que des commutations ultra-rapides dans les propriétés des matériaux peuvent être déclenchées par des impulsions laser – et pourquoi. Cette connaissance peut permettre de nouveaux concepts de transistors.

Accélérer au maximum la vitesse de la technologie électronique est un objectif central de la recherche contemporaine sur les matériaux. Les composants clés des technologies de calcul rapide sont les transistors: des dispositifs de commutation qui activent et désactivent très rapidement les courants électriques en tant qu’étapes de base des opérations logiques. Afin d’améliorer nos connaissances sur les matériaux de transistors idéaux, les physiciens essaient constamment de déterminer de nouvelles méthodes pour réaliser ces commutations extrêmement rapides. Des chercheurs de l’Institut Fritz Haber de la société Max Planck à Berlin et de l’Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière à Hambourg ont maintenant compris qu’un nouveau type d’interrupteur ultrarapide peut être réalisé avec la lumière.

Les physiciens impliqués dans le projet étudient la meilleure façon d’amener les matériaux à modifier leurs propriétés – pour rendre les métaux magnétiques non magnétiques, par exemple, ou pour modifier la conductivité électrique d’un cristal. Les propriétés électriques d’un matériau sont fortement liées à la disposition des électrons dans le cristal. Le contrôle de l’arrangement des électrons est un sujet clé depuis des décennies. La plupart des méthodes de contrôle, cependant, sont assez lentes. «Nous savions que les influences externes telles que les variations de température ou de pression fonctionnent», déclare le Dr Ralph Ernstorfer, chef de groupe au département de chimie physique de l’Institut Fritz Haber, «mais cela prend du temps, au moins quelques secondes». Ceux qui utilisent régulièrement un téléphone intelligent ou un ordinateur savent que quelques secondes peuvent être ressenties comme l’éternité. Le groupe du Dr Ernstorfer a donc exploré comment changer les propriétés des matériaux beaucoup plus rapidement au moyen de la lumière.

En utilisant un tout nouvel équipement de l’Institut Fritz Haber, les chercheurs ont massivement réduit le temps de commutation à seulement 100 femtosecondes – 0,000 000 000 000 1 de seconde – en lançant des impulsions laser optiques ultracourtes sur le matériau choisi, un semi-métallique. cristal composé d’atomes de tungstène et de tellure. La lumière brillante sur le cristal l’encourage à réorganiser sa structure électronique interne, ce qui modifie également la conductivité du cristal. De plus, les scientifiques ont pu observer exactement comment sa structure électronique a changé. «Nous avons utilisé un nouvel instrument pour prendre des photos de la transition à chaque étape du processus», explique le Dr Samuel Beaulieu, qui a travaillé comme stagiaire postdoctoral avec Ralph Ernstorfer au Fritz-Haber-Institut (2018-2020) et qui est maintenant chercheur permanent au Centre Lasers Intenses et Applications (CELIA) du CNRS-Université de Bordeaux. «C’est un progrès incroyable – nous ne savions auparavant qu’à quoi ressemblait la structure électronique du matériau, mais jamais pendant la transition», ajoute-t-il. De plus, la modélisation de pointe de ce nouveau processus par le Dr Nicolas Tancogne-Dejean, le Dr Michael Sentef et le Prof.Dr Angel Rubio de l’Institut Max de Planck pour la structure et la dynamique de la matière a révélé l’origine de ce nouveau type de transition électronique ultra-rapide. L’impulsion laser qui frappe les matériaux modifie la façon dont les électrons interagissent les uns avec les autres. C’est le moteur de cette transition exotique, connue sous le nom de transition de Lifshitz.

Cette méthode est appelée à générer beaucoup de connaissances sur d’éventuels futurs matériaux de transistors. Le seul fait que la lumière puisse conduire des transitions électroniques ultrarapides est un premier pas vers une technologie encore plus rapide et plus efficace.

Source de l’histoire:

Matériel fourni par l’Institut Fritz Haber de la société Max Planck. Remarque: le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.

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