« Une performance et une rapidité sans précédent », un semi-conducteur superatomique plus rapide que le silicium

Une équipe de chimistes de l’Université Columbia, à New-York, a découvert qu’un matériau quantique semi-conducteur a établi un record de vitesse. Celui-ci serait capable de transporter de l’énergie de façon plus rapide que le silicium.

Les appareils électroniques tels que les ordinateurs et les téléphones portables nécessitent des semi-conducteurs pour fonctionner. Ces matériaux présentent certaines limites qui restent irrésolues jusqu’à présent. En effet, à cause de minuscules vibrations émises par leur structure atomique, des phonons sont générés. Ces particules quantiques font, à leur tour, disperser des électrons ou des excitons (paires d’électron-trou) en quelques femtosecondes. Ces électrons transportent de l’énergie qui s’échappe sous forme de chaleur. Cette perte énergétique réduit la vitesse du transfert d’informations dans les systèmes électroniques. Dans cette nouvelle étude, des chercheurs déclarent avoir trouvé la solution à ce problème. Ils ont découvert un semi-conducteur « superatomique » très prometteur, baptisé Re6Se8Cl2, qui serait le plus rapide et le plus efficace de tous les temps. Nous vous proposons de mieux le connaître à travers cet article.

Comment fonctionne ce nouveau matériau ?

Dirigé par Jack Tulyag, doctorant et professeur de chimie à l’Université Columbia, ce groupe de recherche est parvenu à créer ce semi-conducteur à base de rhénium, de sélénium et de chlore. Dans ce matériau, les atomes se regroupent et agissent ensemble comme un seul gros atome (super-atome). Cette caractéristique unique offre à ce nouveau semi-conducteur une performance et une rapidité sans précédent. Avec le Re6Se8Cl2, les excitons se lient aux phonons au lieu de se disperser. Cela provoque la formation de quasiparticules, appelées « excitons-polarons acoustiques », qui peuvent toujours transporter de l’énergie, mais beaucoup plus lentement que les excitons ordinaires. La perte d’énergie est donc minimisée.

L'invention de semi-conducteurs superatomique pourrait révolutionner le monde de l'électronique.
L’invention de semi-conducteurs superatomiques pourrait révolutionner le monde de l’électronique. Photo d’illustration non contractuelle. Crédit : Shutterstock

Sur quoi repose exactement l’efficacité de ce semi-conducteur ?

Ces chimistes utilisent la métaphore du lièvre et la tortue (Fables de La Fontaine) pour expliquer les différences entre le silicium et le Re6Se8Cl2. Dans le silicium, les électrons se déplacent très rapidement, mais tout en rebondissant dans tous les sens, limitant ainsi leur efficacité. À l’inverse, dans le matériau superatomique, les excitons-polarons effectuent des mouvements plus lents, mais plus sûrs et plus constants dans le temps. Ils sont moins perturbés par d’autres phonons en chemin. Ce qui leur permet d’aller plus loin sur un même laps de temps. Au final, la vitesse de ces quasiparticules serait deux fois plus élevée que celle des électrons du silicium. Outre cela, les polarons peuvent être contrôlés par la lumière plutôt que par un courant électrique.

Le lièvre et la tortue comme métaphore.
Le lièvre et la tortue comme métaphore. Crédit image : Columbia Quantum Initiative

Qu’en est-il de l’application pratique de ce matériau ?

D’après ces scientifiques, les dispositifs théoriques fabriqués à partir du semi-conducteur Re6Se8Cl2 pourraient afficher des vitesses de traitement six fois plus rapides que celles des dispositifs électroniques actuels. Cependant, ce matériau ne pourra pas être appliqué de sitôt aux processeurs, aux puces ni à d’autres systèmes électroniques. En cause, le rhénium, un des composants de ce nouveau semi-conducteur, est l’un des métaux de transition les plus rares sur la Terre. Son coût est ainsi trop cher, rendant ce produit non viable commercialement. Malgré cela, ces chercheurs ont déjà démontré que ce concept fonctionne.

Afin de contourner ce problème de coût, ils prévoient de remplacer le rhénium par un matériau similaire plus abordable, qui pourrait assurer un transport balistique soutenu d’excitons-polarons. Selon Milan Delor, co-auteur de cette étude, l’équipe peut commencer à chercher les autres matériaux qui pourraient avoir le même comportement que le rhénium. La bonne nouvelle est qu’il existe un large éventail de matériaux superatomiques et d’autres matériaux semi-conducteurs 2D présentant des propriétés favorables à la formation d’excitons-polarons acoustiques. Plus d’informations : quantum.columbia.edu. Que pensez-vous de cette invention ? Nous vous invitons à nous donner votre avis, vos remarques ou nous remonter une erreur dans le texte, cliquez ici pour publier un commentaire .

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Source
quantum.columbia.edu

Tsiory Laurence

Titulaire de licence en communication et en langue française, je travaille comme rédactrice web depuis déjà plus de dix ans. J'ai collaboré avec quelques agences de communication locales avant de rejoindre l'équipe de Neozone. Ce qui m'a permis de consolider mon expérience en matière de création de contenus web au fil du temps. J’accorde une grande attention à chaque article que j’écris. Mon objectif, c'est de vous fournir des informations, des solutions et éventuellement des conseils. Je peux traiter divers thèmes, mais mes sujets préférés sont l’innovation, la technologie, le voyage, l’immobilier et les actualités. J’espère que mes articles vous permettront de connaître des inventeurs et des entreprises novatrices en France, en Europe et dans le monde entier. « La vie est une grande école où à chaque instant l’homme s’enrichit et tire une leçon de ses propres expériences ». Cette citation de Maude Anssens m’inspire dans tout ce que j’entreprends au quotidien. J’aime aussi suivre les actualités politiques et économiques internationales. Je pense que donner le meilleur de soi et s’adapter aux évolutions du monde autant que possible sont des valeurs importantes qui peuvent nous aider à progresser et à rester toujours efficaces. Je suis sur Linkedin si vous voulez me faire passer un message.

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