Une étude, dont les résultats intitulés «Room-temperature nine-µm-wavelength photodetectors and GHz-frequency heterodyne receivers» ont été publiés dans la revue Nature, a permis de mettre au point un nouveau dispositif photonique, ultra rapide et fonctionnant à température ambiante, qui favorise la détection du rayonnement infrarouge. Cette avancée révolutionne l'utilisation de l'infrarouge lointain dans notre quotidien.

Rappelons tout d'abord que «l’infrarouge lointain (c’est-à-dire pour des longueurs d’onde de 20 à 100 fois plus importantes que celles du visible) est une lumière invisible à l’œil nu dont la mesure est possible uniquement à l’aide d’un détecteur». Cette lumière, qui «est notamment émise par tout objet à température ambiante», reste actuellement «peu exploitée en raison de l’absence de sources et de détecteurs fonctionnels, à savoir des dispositifs qui opèrent à température ambiante et suffisamment rapidement».

Dans le cadre de l'étude ici présentée, pour amplifier les performances des détecteurs infrarouges, «la radiation lumineuse incidente est prélevée sur une très grande surface pour être concentrée dans un volume de taille nanométrique où elle génère un signal électrique». C'est «grâce à une structure photonique qui joue un rôle d’entonnoir à photons» que cela a pu être possible.

Plus précisément, le détecteur est constitué d’éléments actifs d’un micromètre carré «dont l’aire est dix fois plus faible que la surface de capture des photons»: cette réduction des volumes «où les photons sont transformés en courant électrique» est essentielle «pour limiter la contribution du courant intrinsèque, existant même en absence de lumière, appelé courant d’obscurité».

Alors que dans les détecteurs actuels «ce courant d’obscurité peut être si important qu’il masque complètement le photo-courant et nécessite l’utilisation d’un refroidissement cryogénique lourd et coûteux», les nouveaux détecteurs mis au point montrent «d’excellentes performances à température ambiante et une réponse très rapide».

En outre, «la grande rapidité de réponse de ces détecteurs permet de réaliser une détection cohérente ultrasensible, similaire à celle qui a été développée pour les ondes radio: la détection hétérodyne», une technique «basée sur le mélange entre le signal à détecter et un signal de référence (l’oscillateur local»).

Ainsi, «après la démonstration de cette preuve de principe, il s’agit désormais de travailler pour dépasser les limites de la détection actuelle». En tout cas, «les applications du rayonnement infrarouge lointain ou, plus loin encore dans le spectre électromagnétique, du rayonnement Térahertz, sont potentiellement très nombreuses» dans «les domaines des télécommunications, de la spectroscopie moléculaire à haute résolution, de la détection à distance des agents polluants ou nocifs ou encore des systèmes RADAR optiques».