Une équipe de physiciens dirigée par le professeur Dmitry Turchinovich de l’Université de Bielefeld, en collaboration avec des chercheurs de l’Institut Leibniz pour la recherche sur l’état solide et les matériaux de Dresde (IFW Dresden), a réalisé une avancée majeure en nanoélectronique susceptible de transformer les applications matérielles de l’IA.
L’étude, publiée dans Nature Communications le 5 juin 2025, présente une méthode novatrice pour contrôler des semi-conducteurs atomiquement minces à l’aide d’impulsions lumineuses ultracourtes à des vitesses jamais atteintes. L’équipe a développé des antennes nanoscopiques spécialisées qui convertissent la lumière térahertz en champs électriques verticaux au sein de matériaux bidimensionnels comme le disulfure de molybdène (MoS₂).
« Traditionnellement, ces champs électriques verticaux, utilisés pour commuter les transistors et autres dispositifs électroniques, sont appliqués par des techniques de commande électronique, mais cette méthode est fondamentalement limitée à des temps de réponse relativement lents », explique le professeur Turchinovich. « Notre approche utilise la lumière térahertz elle-même pour générer le signal de commande à l’intérieur du matériau semi-conducteur – permettant ainsi une technologie optoélectronique ultrarapide, compatible avec l’industrie, qui n’était pas possible jusqu’à présent. »
Cette technique permet un contrôle en temps réel des structures électroniques à des échelles de temps inférieures à la picoseconde – soit un billionième de seconde – ce qui est des ordres de grandeur plus rapide que les méthodes de commutation électronique conventionnelles. Les chercheurs ont démontré que les propriétés optiques et électroniques du matériau pouvaient être modifiées de façon sélective à l’aide de ces impulsions lumineuses.
Le Dr Tomoki Hiraoka, auteur principal de l’étude et boursier Marie Skłodowska Curie dans le groupe du professeur Turchinovich, a joué un rôle clé dans la mise en œuvre expérimentale. Les nanoantennes complexes 3D-2D nécessaires à la production de l’effet ont été fabriquées à l’IFW Dresden par une équipe dirigée par le Dr Andy Thomas.
Cette innovation a des répercussions majeures pour le matériel d’IA, ouvrant la voie à des systèmes informatiques beaucoup plus rapides et écoénergétiques. Les capacités de commutation ultrarapides pourraient donner naissance à de nouvelles générations de dispositifs de contrôle de signal, d’interrupteurs électroniques et de capteurs essentiels aux applications avancées d’IA nécessitant des vitesses de traitement extrêmes.
La technologie est prometteuse pour de nombreux domaines, dont la transmission de données à haute vitesse, les architectures informatiques avancées, les systèmes d’imagerie et les technologies quantiques – autant de composantes cruciales de l’infrastructure d’IA de prochaine génération, qui exige des capacités de traitement toujours plus rapides.