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Du graphène pour refroidir des ordinateurs ?

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Après sa découverte - récente -, le feuillet de graphène isolé s'est révélé meilleur conducteur de la chaleur que le diamant, qui détenait jusque-là le record de conductivité. Un groupe de chercheurs américains et français vient de montrer qu'il pouvait améliorer la dissipation de chaleur dans des composants électroniques.

Cette image prise au microscope électronique montre une couche de graphène (mise en évidence dans la fenêtre circulaire) placée sur un support de silice. Les fausses couleurs montrent un gradient de température. Crédit : University of Texas-Austin

Le graphène est une simple couche monoatomique de carbone que l'on obtient à partir d'un matériau banal, le graphite. Créé une première fois en 2004, ce matériau ne cesse de faire parler de lui, tant ses propriétés physiques sont remarquables. Difficile à produire en masse à l'échelle industrielle, il pourrait révolutionner l'électronique.

Sa célébrité est maintenant presque aussi importante que celle des mythiques nanotubes de carbone et cela n'est au fond guère surprenant. En effet, les nanotubes de carbone peuvent être vus comme des feuillets de graphène enroulés.

On sait que la conductivité thermique du graphène est très élevée, 5.000 Wm-1 K-1 à température ambiante. Wolfram Alpha, interrogé sur ce sujet, donne pour le diamant une valeur de 2.000 Wm-1 K-1, et jusqu'à la découverte du graphène, c'était une valeur record pour un matériau à température ambiante.

Une ou plusieurs couches de graphène sur le silicium,une solution simple et efficace

Or, comme vient de le montrer dans un article publié dans Science, Li Shi, de l'Université du Texas à Austin, et ses collègues du CEA en France, le graphène garde une grande conductivité thermique lorsqu'il est déposé sur un substrat de silice (SiO2). On trouve en effet une valeur de 600 Wm-1 K-1, ce qui reste supérieur aux valeurs des connexions en cuivre, 400 Wm-1 K-1, et surtout de films de ce même métal, moins de 250 Wm-1 K-1.

Cette découverte est intéressante car les puces en silicium ne doivent pas trop chauffer pour rester opérationnelles au sein des ordinateursa fortiori lorsque les calculs sont massifs et doivent être exécutés rapidement. Les superordinateurs Cray ont d'abord été refroidis avec un bain de fréon et plus tard des perfluorocarbures.

On pourrait donc déposer des couches de graphène sur des composants électroniques en silicium et améliorer leur capacité à dissiper de la chaleur, ce qui autoriserait la réalisation d'ordinateurs plus puissants. Les chercheurs ont proposé un modèle expliquant l'origine du comportement du graphène déposé sur la silice. Il suggère que déposer plusieurs couches l'une sur l'autre devrait encore augmenter la conductivité thermique.