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Un transistor à effet tunnel doté de nanotubes isolants

ActualitéClassé sous :physique , semi-conducteur , nitrure de bore

La course à la miniaturisation des transistors à base de semi-conducteurs risque bientôt d'atteindre ses limites, selon les principes de la physique et la loi de Moore. Pour tenter de les repousser encore, des chercheurs de la Michigan Technological University ont créé un transistor sans semi-conducteurs. Doté de nanotubes isolants et de boîtes quantiques en or, il fonctionne grâce à l'effet tunnel.

Une vue d'artiste montrant un nanotube en nitrure de bore, avec des boîtes quantiques en or sur le dessus. On voit à ses extrémités des électrodes servant à tester ce transistor sans semi-conducteurs. © Yoke Khin Yap graphic

Un grand congrès transhumanisteGlobal Future 2045, organisé par le multimillionnaire russe Dmitry Itskov, s'est achevé il y a plus d'une semaine à New York. Il rassemblait des chercheurs de renom comme Roger Penrose et Marvin Minsky, ou des personnalités influentes telles que Ray Kurzweil et Peter Diamandis, mais aussi (malheureusement) d'autres figures médiatique douteuses à l'instar de Ken Hayworth et Martine Rothblatt. Malgré des accomplissements indiscutables dans plusieurs domaines scientifiques, on ne peut que penser que ces derniers ont perdu le contact avec la réalité dans certaines disciplines.

L'une des questions centrales de ce congrès concernait la possibilité d'avoir d'ici 2045 des ordinateurs suffisamment puissants pour simuler un cerveau humain, et surtout de transférer la conscience d'un individu dans un tel ordinateur pour lui assurer l'immortalité. Le sujet est vaste et le Human Brain Project apportera peut-être quelques lumières sur les rapports entre l'esprit et la matière. Or, pour que ces rêves, relevant pour le moment de la science-fiction, aient une chance de se réaliser, il faut que la course à la miniaturisation et à la puissance des ordinateurs se poursuive. Pour cela il faut inventer de nouveaux composants électroniques.

De gauche à droite, sur cette image prise en 1948, on voit John Bardeen, William Shockley et Walter Houser Brattain. Les trois chercheurs ont reçu le prix Nobel de physique pour leur invention du transistor à semi-conducteurs. © DP

Un transistor avec des nanotubes isolants

Le physicien Yoke Khin Yap de la Michigan Technological University fait partie, avec ses collègues, des chercheurs impliqués dans cette course. Comme d'autres, il sait bien que la limite à la miniaturisation des transistors à base de semi-conducteurs va être atteinte d'ici 10 à 20 ans. En 2007, il envisageait déjà de repousser les limites à cette miniaturisation en tournant le dos à l'idée de les fabriquer avec des semi-conducteurs (la voie ouverte en 1948 par Bardeen, Shockley et Brattain). Paradoxalement, il pensait que la clé se trouvait dans les isolants. Aujourd'hui, Yoke Khin Yap vient de prouver avec son équipe que c'était possible, en utilisant des nanotubes en nitrure de bore et des boîtes quantiques en or.

Les chercheurs ont commencé par assembler une sorte de tapis formé de ces nanotubes isolants. Puis, au moyen d'un laser, ils y ont déposé des boîtes quantiques en or d'environ trois nanomètres de diamètre. Les physiciens ont alors connecté deux électrodes aux extrémités du dispositif obtenu et ils ont constaté qu'au-delà d'une certaine tension, il devenait conducteur. Ils avaient donc bien réussi à fabriquer un transistor sans semi-conducteurs.

Des boîtes quantiques connectées par effet tunnel

Le passage du courant se faire grâce à l'effet tunnel, bien connu en mécanique quantique. C'est lui qui permet aux électrons de sauter d'une boîte quantique à une autre. Ce n'est pas la première fois que l'on réalise des transistors exploitant l'effet tunnel. Mais l'un des avantages ici est que le dispositif opère à température ambiante, alors qu'il faut utiliser de l'hélium liquide pour les autres transistors à effet tunnel.

Avec son micron de long et ses 20 nanomètres de large, le transistor aux nanotubes de nitrure de bore peut encore être miniaturisé selon Yoke Khin Yap. En outre, contrairement aux transistors à semi-conducteurs, il gaspille beaucoup moins d'énergie sous forme de chaleur, notamment parce qu'il n'y a pas de perte d'électrons lors du passage d'une boîte quantique à une autre.

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