Des frĂ©quences plus Ă©levĂ©es signifient un transfert de donnĂ©es in addition rapide et des processeurs moreover puissants – la formule qui anime l’industrie informatique depuis des annĂ©es. Techniquement, cependant, il est tout sauf facile de continuer Ă  augmenter les frĂ©quences d’horloge et les frĂ©quences radio. De nouveaux matĂ©riaux pourraient rĂ©soudre le problĂšme. Les expĂ©riences Ă  Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) ont maintenant produit un rĂ©sultat prometteur: Une Ă©quipe internationale de chercheurs a pu obtenir un nouveau matĂ©riau pour augmenter la frĂ©quence d’un Ă©clair de rayonnement tĂ©rahertz par un facteur de sept: une premiĂšre Ă©tape pour le potentiel Purposes informatiques, comme le rapporte le groupe dans la revue Mother nature Communications.

Lorsque les smartphones reçoivent des donnĂ©es et que des puces informatiques effectuent des calculs, ces processus impliquent toujours des champs Ă©lectriques alternatifs qui envoient des Ă©lectrons sur des chemins clairement dĂ©finis. Des frĂ©quences de champ additionally Ă©levĂ©es signifient que les Ă©lectrons peuvent faire leur travail plus rapidement, permettant des taux de transfert de donnĂ©es in addition Ă©levĂ©s et des vitesses de processeur as well as Ă©levĂ©es. Le plafond actuel est la gamme tĂ©rahertz, c’est pourquoi les chercheurs du monde entier sont dĂ©sireux de comprendre remark les champs tĂ©rahertz interagissent avec de nouveaux matĂ©riaux. «Notre set up terahertz de TELBE au HZDR est une source exceptionnelle pour Ă©tudier ces interactions en dĂ©tail et identifier les matĂ©riaux prometteurs», explique Jan-Christoph Deinert de l’Institut de physique des rayonnements du HZDR. « Un candidat attainable est l’arsĂ©niure de cadmium, par exemple. »

Un nouveau matériau agit comme un multiplicateur de fréquence efficace

Le physicien a Ă©tudiĂ© ce composĂ© aux cĂŽtĂ©s de chercheurs de Dresde, Cologne et Shanghai. L’arsĂ©niure de cadmium (Cd3As2) appartient au groupe des matĂ©riaux Dirac dits tridimensionnels, dans lesquels les Ă©lectrons peuvent interagir trĂšs rapidement et efficacement, Ă  la fois entre eux et avec des champs Ă©lectriques alternatifs oscillant rapidement. « Nous Ă©tions particuliĂšrement intĂ©ressĂ©s Ă  savoir si l’arsĂ©niure de cadmium Ă©met Ă©galement un rayonnement tĂ©rahertz Ă  de nouvelles frĂ©quences furthermore Ă©levĂ©es », explique le scientifique de la ligne de lumiĂšre TELBE, Sergey Kovalev. « Nous l’avons dĂ©jĂ  observĂ© avec beaucoup de succĂšs dans le graphĂšne, un matĂ©riau Dirac bidimensionnel. » Les chercheurs soupçonnaient que la structure Ă©lectronique tridimensionnelle de l’arsĂ©niure de cadmium aiderait Ă  atteindre une efficacitĂ© Ă©levĂ©e dans cette conversion.

Afin de tester cela, les authorities ont utilisĂ© un procĂ©dĂ© spĂ©cial pour produire des plaquettes ultrafines de haute puretĂ© Ă  partir d’arsĂ©niure de cadmium, qu’ils ont ensuite soumis Ă  des impulsions tĂ©rahertz de l’installation TELBE. Des dĂ©tecteurs Ă  l’arriĂšre de la plaquette ont enregistrĂ© la rĂ©action de l’arsĂ©niure de cadmium aux impulsions de rayonnement. Le rĂ©sultat: « Nous avons pu montrer que l’arsĂ©niure de cadmium agit comme un multiplicateur de frĂ©quence trĂšs efficace et ne perd pas son efficacitĂ©, mĂȘme sous les trĂšs fortes impulsions tĂ©rahertz qui peuvent ĂȘtre gĂ©nĂ©rĂ©es Ă  TELBE », rapporte l’ancien chercheur du HZDR Zhe Wang, qui travaille maintenant Ă  l’UniversitĂ© de Cologne. L’expĂ©rience a Ă©tĂ© la premiĂšre Ă  dĂ©montrer le phĂ©nomĂšne de multiplication de frĂ©quence tĂ©rahertz jusqu’au septiĂšme harmonique dans cette classe de matĂ©riaux encore jeune.

Les Ă©lectrons dansent Ă  leur rythme

En in addition des preuves expĂ©rimentales, l’Ă©quipe et les chercheurs de l’Institut Max Planck pour la physique des systĂšmes complexes ont Ă©galement fourni une description thĂ©orique dĂ©taillĂ©e de ce qui s’est produit: les impulsions tĂ©rahertz qui ont frappĂ© l’arsĂ©niure de cadmium gĂ©nĂšrent un champ Ă©lectrique puissant. « Ce champ accĂ©lĂšre les Ă©lectrons libres dans le matĂ©riau », dĂ©crit Deinert. « Imaginez un grand nombre de minuscules granules d’acier qui roulent sur une plaque qui est basculĂ©e d’un cĂŽtĂ© Ă  l’autre trĂšs rapidement. »

Les Ă©lectrons de l’arsĂ©niure de cadmium rĂ©pondent Ă  cette accĂ©lĂ©ration en Ă©mettant un rayonnement Ă©lectromagnĂ©tique. L’essentiel est qu’ils ne suivent pas exactement le rythme du champ tĂ©rahertz, mais oscillent sur des chemins plutĂŽt moreover compliquĂ©s, ce qui est une consĂ©quence de la structure Ă©lectronique inhabituelle du matĂ©riau. En consĂ©quence, les Ă©lectrons Ă©mettent de nouvelles impulsions tĂ©rahertz Ă  des multiples entiers impairs de la frĂ©quence d’origine – un effet non linĂ©aire similaire Ă  un piano: lorsque vous appuyez sur la touche A du clavier, l’instrument ne fait pas seulement retentir la touche que vous avez jouĂ©e, mais aussi un riche spectre d’harmoniques, les harmoniques.

Pour un monde publish-5G

Le phĂ©nomĂšne est prometteur pour de nombreuses applications futures, par exemple dans la communication sans fil, qui have a tendency vers des frĂ©quences radio toujours additionally Ă©levĂ©es qui peuvent transmettre beaucoup plus de donnĂ©es que les canaux conventionnels d’aujourd’hui. L’industrie dĂ©ploie actuellement la norme 5G. Les composants en matĂ©riaux Dirac pourraient un jour utiliser des frĂ©quences encore in addition Ă©levĂ©es – et ainsi permettre une bande passante encore moreover grande que la 5G. La nouvelle classe de matĂ©riaux semble Ă©galement intĂ©resser les futurs ordinateurs, automobile les composants Ă  base de Dirac pourraient, en thĂ©orie, faciliter des frĂ©quences d’horloge additionally Ă©levĂ©es que les technologies actuelles Ă  base de silicium.

Mais d’abord, la science fondamentale qui la sous-have a tendency nĂ©cessite une Ă©tude in addition approfondie. « Nos rĂ©sultats de recherche n’Ă©taient que la premiĂšre Ă©tape », souligne Zhe Wang. « Avant d’envisager des apps concrĂštes, nous devons augmenter l’efficacitĂ© des nouveaux matĂ©riaux. » À cette fin, les gurus veulent savoir dans quelle mesure ils peuvent contrĂŽler la multiplication des frĂ©quences en appliquant un courant Ă©lectrique. Et ils veulent doper leurs Ă©chantillons, c’est-Ă -dire les enrichir d’atomes Ă©trangers, dans l’espoir d’optimiser la conversion de frĂ©quence non linĂ©aire.