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Regroupée au sein du laboratoire Cavendish de l'Université de Cambridge, une équipe de recherche en microélectronique tente de développer une technologie fondée sur l'électronique de spin (encore appelée spintronique), capable de remplacer les semi-conducteurs de nos ordinateurs. L'un des principaux obstacles à cette technologie est la maîtrise du "courant de spin". Dans un article paru le 3 juillet 2011 dans Nature materials, l'équipe du laboratoire de Cavendish propose sa solution.
Durant les 50 dernières années, les progrès en électronique ont principalement reposé sur la miniaturisation des transistors qui a permis la fabrication d'ordinateurs de plus en plus rapides. Ces développements, menés par l'industrie des semi-conducteurs, sont le fondement de la société de l'information. Les limites théoriques de cette miniaturisation sont aujourd'hui connues : les scientifiques s'accordent sur une taille minimale de 20 nm pour les transistors. La spintronique apparaît alors comme l'une des voies possibles pour l'amélioration des systèmes informatiques.
La spintronique est une technique qui exploite la propriété quantique de spin des électrons afin de réaliser des applications électroniques. Le spin est une des propriétés intrinsèques d'une particule au même titre que sa masse ou sa charge électrique. Alors que le fonctionnement des systèmes informatiques conventionnels est fondé sur la domestication de la charge électrique de l'électron, pour transmettre ou stocker des informations en code binaire "1" ou "0", la spintronique s'intéresse à la manipulation du spin de l'électron pour traiter l'information.
L'une des propriétés de la spintronique est que le transfert de spin entre électrons peut se faire indépendamment du courant électrique. C'est ce que l'on appelle le "courant de spin". L'intérêt principal : le courant de spin peut transporter de l'information sans génération de chaleur dans le circuit. Cependant, l'obstacle majeur au déploiement de cette technologie est la capacité à créer un courant de spin assez puissant pour assurer le transfert de spin. En effet, le courant de spin décroît à mesure qu'il interagit avec les électrons.
Afin de créer un courant de spin plus performant, les chercheurs du laboratoire Cavendish ont utilisé une autre propriété du spin, les ondes de spins. Ils ont démontré qu'il était possible de créer un courant de spin plus efficace en faisant interagir les ondes de spin. Le Dr Hidekazu Kurebayashi du laboratoire de Cavendish explique : "vous pouvez trouver de nombreuses ondes dans la nature, et l'une des choses fascinantes est que ces ondes interagissent souvent entre elles. Notre idée a été d'utiliser l'interaction entre les ondes de spin pour créer un courant de spin".
Selon le Dr Hidekazu Kurebayashi, il serait possible de générer un courant de spin 10 fois supérieur à ce que l'on sait faire actuellement. Ces résultats, en partie expérimentaux, sont une nouvelle étape pour la réalisation de semi-conducteurs basés sur l'électronique de spin. Ces travaux viennent également de lier pour la première fois deux domaines de recherche en spintronique : le courant de spin et l'onde de spin.
Une autre piste pour l'Université de Manchester, le graphène
Dans le même temps, l'Université de Manchester travaille sur une structure du graphène pour remplacer le silicium des semi-conducteurs. Il a en effet été démontré que les électrons voyageaient beaucoup plus rapidement à travers le graphème qu'à travers le silicium. Le graphène est un cristal composé d'une couche monoatomique de carbone qui possède également des propriétés mécaniques remarquables. Il a été isolé pour la première fois en 2004 par Konstantin Novoselov et André Geim de l'Université de Manchester. Ce travail leur a valu le Prix Nobel de Physique en 2010.
Dans la continuité de leurs travaux, les deux chercheurs ont réussi à caractériser les propriétés d'une structure de graphène à double-couche qui pourrait servir de fondation pour l'électronique à base de carbone. En plus de permettre une circulation beaucoup plus rapide des électrons (30 fois supérieure au silicium), l'intérêt de cette structure double-couche est de pouvoir se comporter comme un transistor. En appliquant une tension perpendiculaire à la structure en un point, il est possible de stopper la circulation des électrons. Les chercheurs réfléchissent désormais à une industrialisation possible du matériau ainsi qu'à ces applications.
Sources :
- Computer weekly - 4/07/11 - http://bit.ly/lrH4sP
- Université de Cambridge - 4/07/11 - http://bit.ly/k5nL8d
- Université de Cambridge - http://bit.ly/qedUrc
- Article paru dans Nature material - 3/07/11 - http://bit.ly/o1DzuB
- The Engineer - 11/08/11 - http://bit.ly/rom33E
Rédacteurs :Pierre Chrzanowski
Origine :BE Royaume-Uni numéro 111 (19/09/2011) - Ambassade de France au Royaume-Uni / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/67710.htm
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