Nanolasers et super-ordis

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janvier 2014
Le jeu
© Foton Insa

En introduisant des composés optiques dans les puces de silicium, les scientifiques cherchent à doper les ordinateurs de demain.

Les appareils électroniques et connectés qui nous entourent sont truffés de puces de silicium, elles-mêmes bourrées de transistors. Ces petites unités de calcul sont reliées entre elles par des interconnexions métalliques. « On a toujours cherché à augmenter les puissances de calcul, pose Charles Cornet, chercheur dans le laboratoire Foton(1) à l’Insa de Rennes. Aujourd’hui, elles sont telles que c’est la vitesse du courant électrique dans les liaisons métalliques qui devient limitante. En plus, ces liaisons ne sont pas très économes en énergie. »

Des fibres nanométriques

Qu’à cela ne tienne, il est possible de remplacer ces ponts par des interconnexions optiques, dont la source est une lumière laser. C’est le principe des fibres optiques, qui traversent les océans sur des milliers de kilomètres, quadrillent des villes entières. Sauf qu’ici, nous sommes à l’échelle du nanomètre ! Le problème de la limitation par le transport avait été anticipé et les travaux de recherche sur les connexions optiques à petite échelle ont commencé depuis trente ans. On sait, par exemple, fabriquer des fibres optiques de quelques micromètres. « Les travaux que nous menons dans le laboratoire Foton de l’Insa de Rennes dans le cadre du projet Sinphonic, portent plus précisément sur la source : la brique de base qui va nous permettre de fabriquer un laser à semi-conducteurs III-V », reprend Charles Cornet. C’est-à-dire un laser fabriqué à partir d’éléments chimiques dotés de bonnes propriétés optiques (dans les colonnes III et V du tableau de Mendeleïev).

Sans craquelures

L’opération s’effectue grâce à un équipement très particulier(2) dont le principe consiste à déposer, sous vide, atome après atome, une couche très fine (< 1 µm) de ces matériaux optiques par-dessus la couche de silicium. Or, la plupart du temps, des défauts apparaissent car les deux familles de matériaux n’ont pas les mêmes propriétés cristallines. Et la moindre craquelure rend la diffusion de la lumière laser impossible. « Nous avons trouvé la parade en changeant d’élément : nous avons choisi le phosphure de gallium (plutôt que l’arséniure de gallium, couramment utilisé), car sa maille cristalline est très proche du silicium. Au moment du dépôt, et dans certaines conditions, cela ne provoque quasiment plus de craquelures. » Des tests de luminescence ont montré que ces composés pouvaient constituer une source de lumière. La prochaine étape : constituer le laser en entier !

Le prix de l’innovation

Seuls quatre laboratoires au monde travaillent avec le phosphure de gallium. Ce qui a valu au laboratoire rennais et au projet Sinphonic de remporter, à la fin de 2013, le prix innovation des Trophées Loading the Future, organisés tous les ans par le pôle de compétitivité Images et Réseaux. Encore plus rapides, économes en énergie et bourrés d’optique, tels seront les ordinateurs de demain !

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Nathalie Blanc

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