Un nouvel état de la matière

Un type de cristal d'électron (L'électron est une particule élémentaire de la famille des leptons, et possèdant une charge électrique élémentaire de...) inconnu par le passé pourrait-il aider le futur de l'électronique ? Des chercheurs de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche),...) McGill de Montréal (Montréal est à la fois région administrative et métropole du Québec[2]. Cette grande agglomération canadienne constitue...) ont découvert un nouvel état de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont...), un cristal d'électron quasi-tridimensionnel, dans un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) très similaire à ceux utilisé dans la fabrication de transistors modernes. Cette découverte pourrait aider le développement de nouveaux dispositifs électroniques. À l'heure (L'heure est une unité de mesure :) actuelle, le nombre (Un nombre est un concept caractérisant une unité, une collection d'unités ou une fraction d'unité.) de transistors qu'il est possible d'intégrer à faible coût dans une seule puce d'ordinateur augmente de façon exponentielle (La fonction exponentielle est l'une des applications les plus importantes en analyse, ou plus généralement en...), doublant environ tous les deux ans, une tendance appelée Loi de Moore. Mais il y a des limites, affirment des experts. A mesure que le format des puces rapetisse, les scientifiques prévoient que les lois et comportements bizarres de la physique (La physique (du grec φυσικη) est étymologiquement la science de la nature. Son champ...) quantique prendront le dessus, ce qui rendra impossible la fabrication de puces toujours plus petites.





Cette découverte, ainsi que d'autres recherches, pourrait aider l'industrie de l'électronique, une fois que les techniques de fabrication traditionnelle approcheront de ces limites quantiques, soit au cours de la prochaine décennie (Une décennie est égale à dix ans. Le terme dérive des mots latins de decem « dix » et annus « année.) ou à peu près, ont déclaré des chercheurs. En travaillant avec un des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) semi-conducteurs les plus purs jamais fait, ils ont découvert le cristal d'électron quasi-tridimensionnel dans un dispositif refroidit à des températures ultra basses, 100 fois plus froide que celle de l'espace intergalactique. Le matériau a ensuite été exposé au champ magnétique (En physique, le champ magnétique est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction,...) continu le plus puissant qu'on puisse générer sur terre (La Terre, foyer de l'humanité, est surnommée la planète bleue. C'est la troisième planète du système solaire en partant...). Leurs résultats ont été publiés dans le numéro d'octobre du journal Nature Physics.

Des cristaux d'électron en deux dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa...) ont été découverts en laboratoire dans les années 1990 et, déjà, en 1934, leur existence avait déjà été prédite par le physicien hongrois reconnu Eugene Wigner.

"Imaginez un sandwich. Le jambon, au centre, représente les électrons," a expliqué le Pr Guillaume (Guillaume est un prénom masculin d'origine germanique. Le nom vient de Wille, volonté et Helm, heaume, casque,...) Gervais, directeur du laboratoire expérimental sur la matière condensée à température (La température d'un système est une fonction croissante du degré d'agitation thermique des particules, c'est-à-dire de...) ultra basse. "Dans un cristal d'électron bidimensionnel, les électrons sont comprimés entre deux matériaux et ils sont très bidimensionnels. Ils peuvent bouger sur un plan, comme des boules sur une table de billard, mais il n'y a pas de mouvement de haut en bas. Ils ont une épaisseur, mais ils sont collés."

Toutefois, jusqu'à ce qu'une découverte accidentelle se produise pendant une des premières expériences à température ultra basse en 2005, personne n'avait prédit l'existence de cristaux d'électron quasi-tridimensionnels.

"Nous avons décidé de détruire la bidimensionnalité en appliquant un très fort champ magnétique, à l'aide du plus gros aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et...) au monde (Le mot monde peut désigner :), celui du Magnet Lab, en Floride", a-t-il déclaré. "Nous n'y avons accès qu'environ cinq jours par année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la...) et, le troisième jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux...), quelque chose de complètement inattendu s'est produit."

La surprise dont parle le Pr Gervais fut la transformation brusque d'un système d'électrons bidimensionnels à l'intérieur du matériau semi-conducteur en un système quasi-tridimensionnel, quelque chose que la théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage...) existante n'avait pas prédit.

"Il ne s'agit pas complètement d'un état tridimensionnel. C'est un état entre les deux, un phénomène complètement nouveau", a-t-il déclaré. "C'est le genre de chose que les théoriciens adorent. Maintenant, ils se creusent les méninges et essaient de peaufiner leurs modèles."

L'importance de cette découverte pour la microélectronique et l'informatique (L'informatique désigne l'automatisation du traitement de l'information par un système, concret (machine) ou abstrait....) pourrait être considérable. Depuis l'invention du circuit intégré (Le circuit intégré (CI), aussi appelé puce électronique, est un composant électronique reproduisant une ou plusieurs...) en 1958, la Loi de Moore a propulsé la révolution dans des domaines qui ont transformé le monde comme les produits électroniques domestiques, les ordinateurs personnels et Internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services comme le courrier électronique...). Mais, a expliqué le Pr Gervais, la Loi de Moore n'est pas une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou...) irrésistible et, quelque part au cours de la prochaine décennie, elle se heurtera inévitablement à l'immuabilité des lois de la physique.

"Dans un transistor standard, il y a une grille (Un grille-pain est un petit appareil électroménager. Une grille écran est un élément du tube de télévision. ...), et les électrons sont contrôlés par cette grille un peu comme si c'était un gaz (Au niveau microscopique, on décrit un gaz comme un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi...) que l'on laissait passer par un robinet", dit-il. "Vous pouvez considérer les électrons comme des unités indépendantes, ce qui nous permet de les traiter comme des uns et des zéros ou comme des interrupteurs «marche/arrêt" en calcul numérique.

"Toutefois, une fois qu'on examine le tout à l'échelle nano, les forces quantiques s'appliquent et les électrons peuvent se condenser dans de nouveaux états collectifs et perdre leur caractère individuel. Ensuite, toutes sortes de phénomènes bizarres peuvent se produire. Dans certains cas, les électrons peuvent même se fragmenter. Les concepts "marche (La marche (le quasi-pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est le mode de locomotion naturel de l'être...)" et "arrêt" perdent toute leur signification dans ces conditions."

"Il s'agit d'un sujet de discussion universitaire, mais pas uniquement. Les mêmes matériaux semi-conducteurs avec lesquels nous travaillons sont présentement utilisés dans les téléphones cellulaires et d'autres dispositifs électroniques. Nous devons comprendre les effets quantiques pour pouvoir les utiliser à notre propre avantage et, peut-être même réinventer complètement le transistor. De cette façon, le progrès dans l'électronique pourra continuer d'avancer."

Source: Communiqué de presse de l'Université McGill

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