TDK Corporation, une multinationale japonaise de l’électronique, a annoncé la mise au point du premier photodétecteur à spin au monde capable d’une réponse ultra-rapide de 20 picosecondes, soit plus de dix fois plus rapide que les détecteurs photo à base de semi-conducteurs existants.

Un représentant de TDK a déclaré à Paperjam que la société avait pour objectif de commencer à fournir des échantillons en vue d’un développement en collaboration avec des clients dans un délai d’un an, la commercialisation complète étant prévue dans un délai de trois à cinq ans. Ce calendrier souligne l’intention de TDK de faire passer l’innovation du laboratoire au marché, ouvrant ainsi la voie à son intégration dans les technologies de la prochaine génération.

Pour mettre cela en perspective, 20 picosecondes – ou vingt trillionièmes de seconde – sont si rapides que la lumière ne parcourt que 6 millimètres dans ce laps de temps, ce qui rend la réponse du détecteur effectivement instantanée pour la plupart des applications à grande vitesse.

Rupture technologique

Le dispositif de pointe, appelé «élément de conversion photo-spintronique», a été mis au point en collaboration avec l’Université de Nihon au Japon. Il représente une avancée significative dans l’intégration des technologies optiques, électroniques et magnétiques.

Contrairement aux photodétecteurs conventionnels qui reposent sur des mécanismes à base de semi-conducteurs et sont limités en termes de vitesse et de plage de longueurs d’onde, le photodétecteur à spin de TDK utilise une approche fondamentalement différente: il exploite le réchauffement des électrons dans les matériaux magnétiques pour la conversion photo-électronique, c’est-à-dire le processus de transformation de la lumière en signaux électriques.

TDK a également confirmé que le dispositif fonctionne sur un large spectre, répondant à la lumière à des longueurs d’onde de 800 nanomètres (ce qui proche de l’infrarouge) et s’étendant dans la gamme de la lumière visible.

Le photodétecteur à spin a été construit sur la base de la technologie de jonction tunnel magnétique (MTJ), une méthode déjà utilisée dans des milliards de têtes de disques durs. L’un des principaux avantages de cette approche est qu’elle ne nécessite pas la croissance d’un cristal sur un substrat monocristallin, ce qui rend la technologie plus adaptable à une variété de matériaux et d’environnements de fabrication.

Pourquoi c’est important

Selon TDK, cette avancée répond aux exigences croissantes des systèmes d’intelligence artificielle (IA), qui nécessitent de plus en plus une transmission et un traitement des données plus rapides et plus efficaces sur le plan énergétique. Aujourd’hui, les données sont transférées entre les CPU, les GPU et la mémoire par le biais de signaux électriques, une approche qui atteint des limites de vitesse, en particulier sur de longues distances.

En revanche, la communication optique, qui utilise la lumière au lieu de l’électricité, est capable de maintenir des vitesses élevées, quelle que soit la distance. TDK pense que son photodétecteur à spin pourrait jouer un rôle déterminant dans cette évolution en convertissant les signaux optiques en signaux électriques à des vitesses sans précédent, tout en réduisant la consommation d’énergie.

Cela pourrait avoir des implications considérables pour la conception et l’efficacité du futur matériel d’IA.

Applications plus larges

Grâce à sa vitesse et à sa sensibilité à large spectre, le photodétecteur à spin peut être utilisé dans des applications câblées et sans fil. TDK prévoit qu’il jouera un rôle clé dans les lunettes intelligentes, les capteurs d’images à ultra-haute vitesse, les analyseurs spectroscopiques, l’IA générative et les communications au-delà de la 5G/6G. En outre, TDK a souligné la pertinence de la technologie pour les applications AR/VR, telles que les lunettes intelligentes de réalité augmentée et virtuelle. L’utilisation d’éléments MTJ – connus pour leur résistance aux rayons cosmiques – fait également du détecteur un candidat prometteur pour les communications spatiales.

Cet article a été rédigé initialement en anglais et traduit et édité en français.