La "valléetronique", une nouvelle électronique permise par le laser ?

L'électronique classique compte sur une propriété essentielle de la particule élémentaireparticule élémentaire qu'est l'électron pour faire fonctionner nos ordinateursordinateurs, smartphonessmartphones et autres tablettestablettes : sa charge électrique. Mais l'électron présente d'autres caractéristiques que celle d'être une particule chargée. Maîtrisées, ces caractéristiques pourraient, elles aussi, servir à stocker et à transporter de l'information. Une équipe de chercheurs américains, majoritairement issus du Massachusetts Institute of Technology (MIT), vient justement d'annoncer avoir réussi à en contrôler une.

Les scientifiques avaient déjà étudié la possibilité d'exploiter une propriété quantique de l'électron : son spinspin. En appliquant un champ magnétiquechamp magnétique, il est en effet possible d'orienter à volonté les spins des électronsélectrons. Les dispositifs ainsi créés sont désignés par le terme de « dispositifs spintroniques ».

Les chercheurs du MIT se sont intéressés à une caractéristique différente. En effet, les valeurs des énergiesénergies que peut adopter un électron suivent une courbe bien définie. Dans certains matériaux, le tracé de l'énergie des électrons en fonction de leur moment présente deux anomaliesanomalies appelées vallée, ou valleys en anglais. D'où le nom de « valléetronique », ou valleytronique, associé à cette nouvelle approche. Les électrons, qui ont une tendance naturelle à s'installer sur les niveaux d'énergie les plus bas, sont donc localisés de façon aléatoire au fond de l'une ou de l'autre de ces deux vallées. Soumises à certaines perturbations, ces vallées peuvent cependant voir leur profondeur varier. Les électrons auront alors tendance à se concentrer sur la plus profonde d'entre elles et coderont alors l'information pour 0 ou pour 1.

Une impulsion laser pour faire varier l'énergie

L'idée n'est pas nouvelle puisque, les spécialistes le savent, la profondeur des vallées peut être modifiée, tout comme le spin, par applicationapplication d'un champ magnétique. Le soucisouci vient de ce que, pour obtenir ne serait-ce qu'une infime modification des énergies des vallées, il faudrait appliquer un champ magnétique d'une intensité de plusieurs centaines de teslasteslas, bien difficile à mettre en œuvre. À titre de comparaison, les champs que l'on utilise dans le secteur de l'imagerie médicale atteignent à peine les six teslas. Les chercheurs du MIT ont donc exploré une autre piste. Selon eux, une variation d'énergie bien plus importante peut être obtenue à l'aide d'une impulsion laser relativement classique mais présentant une polarisation particulière.

L'équipe a d'ores et déjà pu vérifier ses hypothèses sur du disulfure de tungstènetungstène (WS₂). Ce matériaumatériau fait partie de la classe des métaux de transition dichalcogènes, les TMD. Ceux-ci sont formés de trois couches atomiques : une couche d'un métal de transitionmétal de transition est prise en sandwich entre deux couches d'un calchogène. La nature bidimensionnelle de ce type de matériau ainsi que sa résistancerésistance mécanique en fait un bons candidat pour l'élaboration de systèmes valléetroniques flexibles. En outre, le disulfure de tungstène peut être utilisé pour concevoir aussi bien des dispositifs électroniques que spintroniques. De quoi envisager le développement de systèmes particulièrement performants puisqu'ils exploiteraient en même temps et indépendamment trois propriétés des électrons : leur charge, leur spin et leurs vallées.