Les chercheurs de l'Université de Tel-Aviv accélèrent la révolution de l'industrie nanoélectronique

Dans le cadre d'une étude internationale, le Prof. Michael Orbach et le Prof. Oded Hod de l'Ecole de chimie de l'Université de Tel-Aviv ont mis au point une nouvelle méthode pour développer des bandes de graphène permettant d'utiliser les propriétés révolutionnaires de ce matériau supraconducteur, l'un des plus prometteurs pour les technologies du futur, dans l'industrie nanoélectronique. Selon les chercheurs, ce développement pourrait être utilisé pour de nombreuses applications technologiques, notamment dans les circuits de communication informatiques et de stockage de l'information avancés, et même l'informatique quantique.

orbach hod580L'étude, menée en collaboration avec des chercheurs de Chine, de Corée du sud et du Japon, a été publiée dans la revue Nature.

Le graphène est un matériau de structure cristalline composé d'atomes de carbone disposés comme les cellules hexagonales d'une ruche d'abeilles. L'empilement des couches de graphènes constitue le minéral appelé graphite. Bien qu'il s'agisse d'un matériau ultraléger, le plus fin du monde (un atome d'épaisseur, soit un million de fois plus fin qu'un cheveu humain), il est cependant plus résistant que l’acier. Les chercheurs expliquent que ces dernières années, on a découvert que des structures constituées d'un petit nombre de couches de graphène torsadées présentaient également d'autres propriétés fascinantes, comme une supraconductivité électrique et thermique et une imperméabilité moléculaire, qui en font un matériau pratiquement immunisé contre la friction et l'usure, particulièrement adapté aux utilisations technologiques.

Cependant, l'une des limitations de l'utilisation du graphène dans l'industrie électronique est qu'il s'agisse d'un semi-métal, ce qui signifie d'une part que les porteurs de charge électrique peuvent s'y déplacer librement, mais que d'autre part la quantité de porteurs de charge capables de contribuer au passage d'un courant électrique y est très faible. Et donc, malgré ses propriétés exceptionnelles, le graphène ne peut être utilisé ni comme métal conducteur d'électricité, ni même comme semi-conducteur pouvant servir à la fabrication de puces électroniques.

Pourtant, si on découpe une bande longue et fine dans une feuille de graphène, les porteurs de charge électroniques sont confinés dans la dimension étroite de la feuille, ce qui en fait des semi-conducteurs et permet leur utilisation dans des dispositifs de commutation quantique. A l'heure actuelle, il existe un certain nombre d'obstacles à l'utilisation des bandes de graphènes dans les appareils électroniques, entre autres la possibilité de développer des feuilles de graphène étroites et longues à structure répétitive isolées de l'environnement.     

Dans la présente étude, les chercheurs sont parvenus à mettre au point une méthode pour faire croitre de manière accélérée des bandes de graphène étroites, longues et régulières directement entre les couches d'un matériau isolant, le nitrure de bore hexagonal, et à démontrer les performances maximales de dispositifs de commutation quantique basés sur les bandes développées de cette manière. Ce mécanisme de croissance spécifique a été révélé grâce à des calculs avancés de dynamique moléculaire développés par des groupes de chercheurs israéliens. Ces calculs ont montré qu'un frottement ultraléger dans certaines directions au sein du cristal de nitrure de bore provoque une croissance régulière de la structure de la bande sur de grandes longueurs et constitue un environnement propre et isolé pour cette croissance.

Les chercheurs estiment que ce développement constitue une avancée scientifique et technologique pour la culture de longues bandes de graphène directement dans des matrices isolées, qui devrait ouvrir la voie à un champ de recherche considérable et conduira à l'utilisation de ces bandes dans l'industrie nanoélectronique.

« L'importance de ce nouveau développement réside dans le fait que, pour la première fois, il sera possible de développer et de fabriquer des dispositifs de commutation nanoélectroniques à base de carbone directement au sein d'une matrice isolée. Des dispositifs de ce type seront utilisés dans de nombreuses applications technologiques, notamment les systèmes électroniques, la magnétoélectronique et même les dispositifs d'informatique quantique », concluent les chercheurs.

 

Photo :

Le Prof. Michael Orbach (à gauche) et le Prof. Oded Hod

(Crédit: Université de Tel-Aviv)

 

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