A équipe internationale de chercheurs de l’université Queen Mary de Londres, de l’université d’Oxford, de l’université de Lancaster et de l’université de Waterloo a mis au point un projet de recherche sur les maladies infectieuses. un transistor moléculairetransistor à molécule unique, qui utilise l’interférence quantique pour contrôler le flux d’électrons.
Le transistor, décrit dans un article publié dans Nature Nanotechnology, ouvre la voie à une nouvelle technologie de pointe. de nouvelles possibilités d’utilisation des effets quantiques dans les dispositifs électroniques.
Les transistors sont les éléments de base de l’électronique moderne. La méthode de fabrication, qui consiste à graver le silicium dans de minuscules canaux, est en train d’atteindre des sommets. ses limites. Bien sûr, les entreprises technologiques comme Intel et TSMC cherchent toujours à repousser un peu plus l’échéance, mais elles tournent aussi autour du pot.
D’autre part, à mesure que les transistors deviennent plus petits, ils deviennent de plus en plus inefficaces et sensibles aux erreurscar des électrons peuvent fuir à travers le dispositif même lorsqu’il devrait être éteint, par un processus connu sous le nom d’effet tunnel quantique. Les chercheurs explorent de nouveaux types de mécanismes de commutation qui peuvent être utilisés avec différents matériaux pour éliminer cet effet.
Dans les structures à l’échelle nanométrique étudiées par le professeur Jan Mol, le Dr James Thomas et leur groupe d’étude à l’École des sciences physiques et chimiques de Queen Mary, le effets mécaniques quantiques et les électrons se comportent comme des ondes plutôt que comme des particules.
En exploitant ces effets quantiques, les chercheurs ont construit un nouveau transistor. Le canal conducteur du transistor est constitué d’une seule porphyrine de zincune molécule capable de conduire l’électricité. La porphyrine est prise en sandwich entre deux électrodes de graphène et lorsqu’une tension est appliquée aux électrodes, le flux d’électrons à travers la molécule peut être contrôlé à l’aide de l’interférence quantique.
L’interférence est un phénomène qui se produit lorsque deux ondes interagissent et s’annulent (interférence destructive) ou se renforcent (interférence constructive). Dans le cas du nouveau transistor, les chercheurs ont activé et désactivé le transistor en vérifiant si les électrons interagissaient de manière constructive (on) ou destructive (off) lorsqu’ils traversaient la molécule de porphyrine de zinc.
Les chercheurs ont découvert que le nouveau transistor a un rapport marche/arrêt très élevé, ce qui signifie qu’il peut être activé et désactivé avec une grande précision.
L’interférence quantique destructive joue un rôle crucial dans ce comportement, car elle élimine le flux d’électrons dispersés par effet tunnel quantique le long du transistor lorsqu’il devrait être éteint. Les chercheurs ont également constaté que le transistor est très stable, contrairement aux transistors précédents constitués d’une seule molécule et qui n’ont pu démontrer qu’une poignée de cycles de commutation. Dans ce cas, le transistor peut être utilisé pendant des centaines de milliers de cycles sans se briser.
« L’interférence quantique est un phénomène puissant qui pourrait être utilisé dans une grande variété d’applications électroniques », a déclaré l’auteur principal de l’étude, le Dr James Thomas, maître de conférences en technologies quantiques à Queen Mary. « Nous pensons que notre travail représente. un pas important vers la réalisation de ce potentiel« .
« Nos résultats montrent que l’interférence quantique peut être utilisée pour contrôler le flux d’électrons dans les transistors. et qu’il est possible de le faire de manière efficace et fiable », a déclaré le professeur Jan Mol, coauteur de l’étude. « Cela pourrait conduire au développement de de nouveaux types de transistors plus petits, plus rapides et plus efficaces. énergétiquement efficaces que les dispositifs actuels ».
Les chercheurs ont également découvert que les effets d’interférence quantique pouvaient être utilisés pour améliorer l’oscillation sous le seuil du transistorqui est une mesure de la sensibilité du transistor aux variations de la tension de grille.
Plus l’oscillation sous le seuil est faible, plus le transistor est efficace. Les transistors des chercheurs avaient une oscillation sous le seuil de 140 mV/dec, ce qui est mieux que les oscillations sous le seuil rapportées pour d’autres transistors à molécule unique et comparable à des dispositifs plus grands fabriqués à partir de matériaux tels que les nanotubes de carbone.
La recherche n’en est qu’à ses débutsmais les chercheurs sont optimistes quant à la possibilité d’utiliser le nouveau transistor pour créer des circuits intégrés. une nouvelle génération de dispositifs électroniques. Ces appareils pourraient être utilisés dans toute une série d’applications, des ordinateurs aux smartphones en passant par les appareils médicaux.
