Une équipe de physiciens dirigée par le professeur Dmitry Turchinovich à 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 la conception du matériel d’IA.
La recherche, publiée dans Nature Communications le 5 juin 2025, présente une méthode inédite pour contrôler des semi-conducteurs d’épaisseur atomique à l’aide d’impulsions lumineuses ultracourtes à des vitesses jamais atteintes. L’équipe a développé des antennes nanométriques spécialisées capables de convertir la lumière térahertz en champs électriques verticaux au sein de matériaux bidimensionnels tels que le disulfure de molybdène (MoS₂).
« Traditionnellement, ces champs électriques verticaux, utilisés pour commuter des transistors et autres dispositifs électroniques, sont appliqués par des méthodes de contrôle électronique, mais celles-ci sont fondamentalement limitées à des temps de réponse relativement lents », explique le professeur Turchinovich. « Notre approche utilise la lumière térahertz elle-même pour générer le signal de contrôle à l’intérieur du matériau semi-conducteur – permettant ainsi une technologie optoélectronique ultrarapide, pilotée par la lumière et compatible avec l’industrie, ce qui n’était pas possible jusqu’à présent. »
Cette technique permet un contrôle en temps réel des structures électroniques sur des échelles de temps inférieures à la picoseconde – soit un billionième de seconde – ce qui est de plusieurs 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 manière sélective grâce à ces impulsions lumineuses.
Le Dr Tomoki Hiraoka, auteur principal de l’étude et boursier Marie Skłodowska Curie au sein du 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 cet effet ont été fabriquées à l’IFW Dresden par une équipe dirigée par le Dr Andy Thomas.
Cette innovation a des implications majeures pour le matériel d’IA, en permettant potentiellement des systèmes informatiques bien plus rapides et économes en énergie. Les capacités de commutation ultrarapides pourraient donner naissance à de nouvelles générations de dispositifs de contrôle du signal, d’interrupteurs électroniques et de capteurs essentiels pour les applications avancées de l’IA nécessitant des vitesses de traitement extrêmes.
La technologie montre un fort potentiel d’application dans divers domaines, notamment la transmission de données à très haute vitesse, les architectures informatiques avancées, les systèmes d’imagerie et les technologies quantiques – autant de composantes cruciales de l’infrastructure d’IA de nouvelle génération, qui exige des capacités de traitement toujours plus rapides.