La lumière s'élargit sur une puce avec un matériau bidimensionnel express
Une impulsion lumineuse, comme une boule de pâte à modeler, conserve sa forme en traversant un matériau ordinaire. Mais si l'on place sur son chemin une couche spéciale d'un atome d'épaisseur, l'impulsion commence à s'étaler — son spectre s'élargit. C'est exactement ce qu'ont fait les chercheurs : ils ont déposé sur un guide d'ondes en silicium un film de disulfure de molybdène (MoS₂), un matériau de la classe des bidimensionnels, semblable au graphène.
Dans l'expérience, de courtes impulsions laser (plus courtes qu'une picoseconde — un billionième de seconde) ont été envoyées à travers des guides d'ondes hybrides avec différentes longueurs de revêtement en MoS₂. Plus la section avec le matériau bidimensionnel était longue, plus le spectre s'élargissait. Pour un film de 1,4 mm de long, l'élargissement était 2,4 fois plus grand que pour un guide d'ondes en silicium pur. Les calculs ont montré : le paramètre non linéaire a augmenté d'environ 27 fois, et le coefficient de Kerr du MoS₂ est presque cinq ordres de grandeur plus élevé que celui du nitrure de silicium. Cela signifie qu'un minuscule morceau de matériau bidimensionnel amplifie considérablement l'interaction de la lumière avec la matière.
Pourquoi cela est-il utile ? Dans les télécommunications optiques et le traitement du signal, il est souvent nécessaire d'élargir le spectre d'une impulsion — par exemple, pour générer de nouvelles fréquences ou compenser les distorsions. Habituellement, cela nécessite de longues sections de fibres spéciales ou des lasers puissants. Ici, il suffit d'ajouter une couche d'un atome d'épaisseur sur une puce déjà fabriquée. Cette approche promet des dispositifs compacts et économes en énergie pour les futures circuits photoniques intégrés.
Le disulfure de molybdène est la molybdénite, utilisée depuis des siècles comme lubrifiant et même comme mine de crayon, et maintenant elle amplifie la lumière dans les puces.
Dans le roman de Neal Stephenson « Le Samouraï virtuel », le métavers fonctionne grâce à la fibre optique et aux puces photoniques — de tels guides d'ondes hybrides pourraient accélérer la transmission de données dans ces mondes.