Les scientifiques génèrent et mesurent l'impulsion électronique la plus courte à ce jour

25 janv.2023 (Actualités Nanowerk) En utilisant des flashs laser ultrarapides, des scientifiques de l'Université de Rostock, en collaboration avec des chercheurs de l'Institut Max Planck pour la recherche sur l'état solide à Stuttgart, ont généré et mesuré l'impulsion électronique la plus courte à ce jour. L'impulsion électronique a été créée en utilisant des lasers pour éliminer les électrons d'une minuscule pointe métallique et n'a duré que 53 attosecondes, soit 53 milliardièmes de milliardième de seconde. Cette étude établit un nouveau record de vitesse dans le contrôle artificiel des courants électriques dans les matériaux solides. La recherche ouvre de nouvelles voies pour faire progresser les performances de l'électronique et des technologies de l'information, ainsi que pour développer de nouvelles méthodologies scientifiques pour visualiser les phénomènes dans le microcosme à des vitesses ultimes. Vous êtes-vous déjà demandé ce qui rend votre ordinateur et vos autres gadgets électroniques lents ou rapides dans leurs performances ? C'est le temps qu'il faut aux électrons, certaines des particules les plus minuscules de notre microcosme, pour s'écouler des fils minuscules à l'intérieur des transistors des micropuces électroniques et pour former des impulsions. Les méthodes pour accélérer ce processus sont essentielles pour faire progresser l'électronique et ses applications jusqu'aux limites de performance ultimes. Mais quel est le temps de diffusion le plus court possible des électrons d'un petit fil métallique dans un circuit électronique ? En utilisant des flashs laser extrêmement courts, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Eleftherios Goulielmakis, chef du groupe Extreme Photonics de l'institut de physique de l'Université de Rostock, et des collaborateurs de l'Institut Max Planck de recherche sur l'état solide à Stuttgart a utilisé des des impulsions laser de pointe pour éjecter des électrons d'une nanopointe de tungstène et générer la plus courte salve d'électrons à ce jour. Des impulsions lumineuses émettent des rafales d'électrons à partir d'une nanopointe métallique qui ne durent que 53 attosecondes. (Image : Eleftherios Goulielmakis) Cet ouvrage est publié dans Nature ("Emission de champ attoseconde"). Alors qu'on sait depuis longtemps que la lumière peut libérer des électrons des métaux - Einstein a été le premier à expliquer comment - le processus est extrêmement difficile à manipuler. Le champ électrique de la lumière change de direction environ un million de milliards de fois par seconde, ce qui rend difficile le contrôle de la façon dont il arrache les électrons de la surface des métaux. Pour surmonter ce défi, les scientifiques de Rostock et leurs collègues ont utilisé une technologie moderne qui avait été développée plus tôt dans leur groupe - la synthèse de champ lumineux - qui leur a permis de raccourcir un flash lumineux à moins d'un mouvement complet de son propre champ. À leur tour, ils ont utilisé ces flashs pour éclairer la pointe d'une aiguille de tungstène afin de libérer les électrons dans le vide. "En utilisant des impulsions lumineuses qui ne comprennent qu'un seul cycle de son champ, il est désormais possible de donner aux électrons un coup de pied contrôlé avec précision pour les libérer de la pointe de tungstène dans un intervalle de temps très court", explique Eleftherios Goulielmakis, responsable du groupe de recherche. Mais le défi ne pouvait être relevé que si les scientifiques trouvaient également un moyen de mesurer la brièveté de ces sursauts d'électrons. Pour faire face à cet obstacle, l'équipe a développé un nouveau type de caméra qui peut prendre des instantanés des électrons pendant le court laps de temps que le laser les pousse hors de la nanopointe et dans le vide. "L'astuce consistait à utiliser un deuxième flash lumineux très faible", a déclaré le Dr Hee-Yong Kim, l'auteur principal de la nouvelle étude. "Ce deuxième flash laser peut perturber doucement l'énergie du sursaut d'électrons pour savoir à quoi il ressemble dans le temps", ajoute-t-il. « C'est comme le jeu 'Qu'y a-t-il dans la boîte ?' où les joueurs essaient d'identifier un objet sans le regarder. mais juste en le retournant pour sentir sa forme avec leurs mains », poursuit-il. Mais comment cette technologie pourrait-elle être utilisée dans l'électronique ? "Comme la technologie progresse rapidement, il est raisonnable de s'attendre au développement de circuits électroniques microscopiques dans lesquels les électrons se déplacent dans un espace vide parmi des fils étroitement emballés pour éviter les obstacles qui les ralentissent", explique Goulielmakis. "L'utilisation de la lumière pour éjecter des électrons et les conduire parmi ces conducteurs pourrait accélérer l'électronique future de plusieurs milliers de fois par rapport aux performances actuelles", explique-t-il en outre. Mais les chercheurs pensent que leur méthodologie nouvellement développée sera utilisée directement à des fins scientifiques. "L'éjection d'électrons d'un métal dans une fraction du cycle de champ de la lumière simplifie considérablement les expériences et nous permet d'utiliser des méthodes théoriques avancées pour comprendre l'émission d'électrons d'une manière qui n'était pas possible auparavant", déclare le professeur Thomas Fennel, co-auteur du nouveau publication. "Étant donné que nos sursauts d'électrons offrent une excellente résolution pour prendre des instantanés des mouvements électroniques et atomiques dans les matériaux, nous prévoyons de les utiliser pour acquérir une compréhension approfondie des matériaux complexes afin de faciliter leurs applications dans la technologie", conclut Goulielmakis.

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