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Demain des ordinateurs au graphène ?

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Le graphène est un des plus fascinants matériaux qui soit à l'étude actuellement. Il ouvre la porte à de nombreuses révolutions technologiques et scientifiques. L'une d'elle porte sur la nanoélectronique. Des chercheurs du Rensselaer Polytechnic Institute viennent en effet de démontrer, à l'aide de simulations informatiques basées sur les lois de la mécanique quantique, que le graphène pouvait être un substitut efficace au cuivre pour réaliser industriellement des connexions entre circuits électroniques. En effet, lorsqu'on cherche à miniaturiser les puces, les bonnes capacités conductrices du cuivre se dégradent.

Molécule de graphène C62H20 (Crédit : Chris Ewels).

Rappelons que le graphène est un cristal de carbone bidimensionnel formé de cellules hexagonales. D'une certaine façon, il est en fait très commun car le graphite lui-même est formé par des feuilles de graphène dont l'épaisseur correspond à la taille d'un atome de carbone. En outre, les nanotubes et les fullerènes sont aussi des structures bidimensionnelles qui peuvent être vues comme des formes dérivant du graphène.

Il possède de remarquables propriétés en ce qui concerne la conductivité électrique et la résistance mécanique. C'est pourquoi de nombreux travaux lui sont consacrés de par le monde en raison de ses applications potentielles en nanoélectronique et en 2004 un moyen de produire facilement du graphène à partir du graphite a été trouvé.

Le problème avec les connexions en cuivre, lorsqu'on cherche à réduire leur taille, est que la conductivité baisse et la chaleur dissipée augmente. Cela compromet le bon fonctionnement des puces associées, et surtout, fait baisser la vitesse de calcul de celles-ci. Avec le graphène, les électrons continuent à se déplacer avec peu de résistance pour des systèmes de taille nanométrique. Des performances que ne peuvent pas égaler des connexions en cuivre de dimension similaire.

Du graphène semi-conducteur et métallique

En fait, le mode de production du graphène donne aussi bien des matériaux conducteurs comme des métaux que des semi-conducteurs. Saroj Nayak et Philip Shemella viennent de montrer avec leur simulation qu'il était possible d'obtenir soit du graphène semi-conducteur soit du graphène métallique. Comme ils l'expliquent dans l'article "Energy Gaps in Zero-Dimensional Graphene Nanoribbons" publié dans Applied Physics Letters, lorsque l'on considère des rubans de graphène, la longueur de ceux-ci contrôle la nature des bandes d'énergies du cristal à l'origine de ses propriétés de conduction.

Toutefois, ceci n'est qu'un résultat préliminaire. Cela ne dit pas directement comment produire à l'échelle industrielle un des deux types de graphène même si l'on sait maintenant sur quel paramètre jouer pour obtenir le résultat désiré.

Le graphène semi-conducteur pourrait aussi remplacer à l'avenir le silicium des puces mais là, les travaux sont encore balbutiants si on les compare à ce qui a déjà été fait pour le cuivre. Il y a pourtant déjà des résultats encourageants. En tout cas, IBM et Intel surveillent de près ce qui se passe dans ce domaine de la physique de la matière condensée. En effet, la loi de Moore donne des signes de faiblesses depuis quelque temps en raison des contraintes physiques imposées par le silicium. Des transistors en graphène pourraient bien la sauver dans un avenir proche.

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