Pour développer des applications mariant photonique et microélectronique, il manque une source de lumière intégrable sur silicium. Or ce matériau, tout comme le germanium qui a la particularité d'être compatible avec le silicium, ne se prête pas à l'émission de lumière. La faute au « gap indirect » qui ne permet pas aux électrons (ou trous) de ces matériaux de transiter entre bandes de valence et conduction par simple échange de photons, comme c'est le cas pour l'arséniure de gallium ou d'indium (AsGa, InAs).

Des études théoriques prédisent qu'un alliage de germanium et d'étain (GeSn) peut bénéficier d'un gap direct pour des compositions supérieures à 8% en étain.

Les chercheurs ont donc choisi un alliage GeSn contenant jusqu'à 16 % d'étain, à gap direct. Ils ont fabriqué des résonateurs (ou cavités) optiques à partir de deux composants différents : des micro-disques de 10 microns de diamètre et des « cristaux photoniques », c'est-à-dire des surfaces percées de trous circulaires périodiquement répartis. Ils ont injecté de la lumière dans ces cavités optiques et obtenu une émission laser en infrarouge moyen, entre 2,7 et 3,2 microns, jusqu'à une température record de 230 K.

En jouant sur la déformation élastique du cristal et la composition en étain de l'alliage, il leur sera possible d'accorder la longueur d'onde d'émission sur une gamme spectrale plus étendue, entre 2,5 µm et 4,5 µm.

Ces travaux ont été menés en collaboration avec l'Institut Paul Scherrer (Suisse).