​L'infrarouge à courte longueur d'onde (SWIR, Short-Wave InfraRed) constitue une partie du spectre lumineux invisible à l’œil humain. Il trouve de nombreuses applications, telles que l’imagerie sous conditions de faible visibilité (brouillard, nuit, feux de forêt), la détection de gaz ou encore le diagnostic biomédical.  ​

Actuellement, les détecteurs SWIR les plus performants en matière de sensibilité utilisent des matériaux dont la fabrication est complexe et coûteuse. Certains nécessitent également un refroidissement à très basse température pour fonctionner efficacement, ce qui augmente ultérieurement les coûts et la consommation énergétique.​ Leur intégration aux circuits électroniques en silicium, largement utilisés dans l'industrie, reste donc difficile.

Pour pallier à ces contraintes, les chercheurs s'intéressent à des matériaux alternatifs, dont le germanium-étain (GeSn) : un matériau semi-conducteur qui peut être fabriqué sur des plaquettes en silicium. Il présente des propriétés intéressantes pour absorber la lumière infrarouge et pourrait faciliter la production de détecteurs plus compatibles avec les technologies électroniques existantes.

Des nanofils qui captent davantage de lumière

Pour concevoir leur dispositif, les chercheurs ont transformé une fine couche de GeSn en un réseau ordonné de nanofils verticaux de quelques centaines de nanomètres de diamètre et d'un micromètre de hauteur. Leur forme permet de piéger la lumière dans le matériau, au niveau des structures semiconductrices, grâce à un phénomène appelé la résonance de type « mode de fuite » Le réseau de nanofils absorbe jusqu'à quatre fois plus de lumière qu'une couche mince conventionnelle du même matériau. Lorsque la lumière est absorbée, elle produit un signal électrique qui peut ensuite être mesuré et analysé par un appareil électronique.​

Par ailleurs, en modifiant le diamètre des nanofils, les chercheurs sont en capacité d'ajuster les longueurs d'onde auxquelles le dispositif​​ absorbe le plus efficacement la lumière, ce qui permettra donc d'adapter le détecteur à différentes applications de spectroscopie infrarouge.

Le dispositif fonctionne sans polarisation électrique externe, ce qui pourrait contribuer à réduire sa consommation énergétique.​

Vers une nouvelle génération de capteurs infrarouges

Le fonctionnement à température ambiante et la possibilité de régler précisément les longueurs d'onde détectées ouvrent des perspectives pour plusieurs applications. Cette technologie pourrait notamment être intégrée à des systèmes LiDAR, qui utilisent la lumière pour mesurer des distances, ainsi qu'à des spectromètres infrarouges, qui permettent d'analyser la composition de matériaux pour tri de plastique et l'inspection de la qualité des aliments ou de détecter certains gaz et liquides.

Les chercheurs poursuivent leurs travaux pour améliorer la sensibilité du détecteur. Ils visent notamment à réduire les défauts présents à la surface des nanofils, susceptibles de diminuer la qualité du signal électrique. À plus long terme, ils souhaitent augmenter la proportion d'étain dans le matériau afin d'étendre la détection à d'autres parties du spectre infrarouge, notamment l'infrarouge moyen et l'infrarouge lointain.

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