Révolutionnaire : du silicium qui émet de la lumière !

Le silicium, c'est le matériau de base de l'industrie électronique. Et depuis des années, les scientifiques espèrent un jour réussir à émettre de la lumière à partir de ce silicium. Car s'il pouvait créer et contrôler des photons comme il le fait avec les électrons, ce serait la révolution. Il deviendrait possible de conjuguer la rapiditérapidité des photons et le côté pratique des électrons. Aujourd'hui, des chercheurs de l’université de technologie d’Eindhoven (Pays-Bas) annoncent avoir développé un alliagealliage capable d'une telle performance.

Rappelons que les capacités des puces électroniques actuelles sont limitées par la chaleurchaleur émise du fait de la résistancerésistance que les électrons subissent lorsqu'ils circulent au sein des matériaux conducteurs. Dépourvus de massemasse et de charge, les photons -- les particules de lumière --, eux, ne connaissent pas ce problème.

Mais pour utiliser ainsi la lumière, il faut d'abord disposer d'une source de type laserlaser intégré. Or le silicium, le principal matériau semi-conducteur des puces informatiques, s'est révélé particulièrement inefficace en la matièrematière. C'est pourquoi les chercheurs se sont tournés vers des semi-conducteurssemi-conducteurs plus complexes, de type arséniure de galliumgallium ou phosphorure d'indiumindium. Mais ils sont chers et difficiles à intégrer dans les puces au silicium existantes.

C’est par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques, à l’intérieur de cette machine, que les chercheurs de l’université de technologie d’Eindhoven (Pays-Bas) ont fabriqué leur alliage à structure hexagonale à base de germanium et de silicium. © Nando Harmsen, Université de technologie d’Eindhoven

Bientôt des lasers au silicium

Or, une vieille théorie suggérait qu'une structure hexagonale de silicium et de germaniumgermanium présenterait ce que les physiciensphysiciens appellent un gapgap direct. Un gap permettant à ce type de matériau d'émettre de la lumière. Et c'est ainsi que les chercheurs de l'université de technologie d'Eindhoven ont travaillé à la mise au point d'un tel matériau. À partir de nanofils d'un autre matériau, ils sont d'abord parvenus à forcer du silicium pur à adopter une structure hexagonale. Sur ce modèle, ils ont ensuite construit une coque d'un alliage silicium-germanium.

Malheureusement, celle-ci s'est montrée incapable d'émettre de la lumière. Jusqu'à ce que les chercheurs en augmentent la qualité en réduisant le nombre d'impuretés et de défauts cristallins. Et enfin, le miracle a eu lieu : le nouvel alliage émet désormais de la lumière de manière très efficace.

À partir de là, les chercheurs pensent être en mesure de développer un laser à base de silicium dans le courant de l'année 2020. De quoi intégrer des fonctionnalités optiques à l'électronique et ouvrir ainsi de nouvelles perspectives. Mais avant cela, il faudra trouver le moyen d'intégrer ce silicium hexagonal au silicium cubique à la base de la microélectronique.