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Posté par Adrien le Jeudi 29/11/2012 à 00:00
Les limites quantiques de la miniaturisation des puces informatiques

Un microprocesseur Intel 4004, ancêtre des microprocesseurs actuels.
Pour mettre au point les puces informatiques de demain, leurs concepteurs devront comprendre le fonctionnement d'une charge électrique lorsqu'elle est confinée dans des fils métalliques d'un diamètre à peine aussi large que quelques atomes.

Une équipe de physiciens de l'Université McGill, Canada, et des chercheurs du Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) et développement de General Motors (General Motors NYSE Euronext : GM est une société du secteur automobile, basée aux États-Unis d'Amérique à Detroit (Michigan) et multinationale. Elle...) ont démontré que le courant électrique pouvait être considérablement réduit lorsque des fils composés de métaux différents entrent en contact. Cette surprenante baisse de courant pourrait constituer un défi de taille susceptible d'influencer le choix des matériaux et la conception des dispositifs dans le domaine de la nanoélectronique, un secteur en émergence.

La taille des dispositifs entrant dans la composition des circuits électroniques diminue d'année en année, conformément à la course (Course : Ce mot a plusieurs sens, ayant tous un rapport avec le mouvement.) à la miniaturisation décrite dans la Loi de Moore, selon laquelle le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de transistors que peut comporter un circuit intégré double tous les 18 mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.) environ. Bien que ces progrès constants aient rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources de...) possible les ordinateurs de poche, ils soulèvent néanmoins de sérieux enjeux. Si la taille des dispositifs se mesure maintenant à la largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit la mesure la plus étroite de sa face. En géométrie plane, la largeur est la plus petite des deux mesures d'un rectangle, l'autre...) de quelques atomes, leur résistance au courant n'augmente plus à un rythme constant ; en fait, la résistance est instable et présente les effets contre-intuitifs de la mécanique quantique, affirme Peter Grütter, professeur de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien,...) à McGill.

Il est possible de comparer ce phénomène à un boyau d'arrosage. Si la pression (La pression est une notion physique fondamentale. On peut la voir comme une force rapportée à la surface sur laquelle elle s'applique.) d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) demeure constante, une diminution du diamètre du boyau se traduira par une réduction du débit. Mais si vous réduisez la taille du boyau jusqu'à ce que son diamètre atteigne la largeur de deux ou trois atomes, le débit cessera de diminuer à un rythme proportionnel à la section transversale et il variera alors de façon aléatoire. C'est exactement cette "folie (La folie désigne, en langage populaire, l'état d'une personne dont le discours et/ou les actions, le comportement ne semblent avoir aucun sens...) quantique" que les chercheurs de l'Université McGill et de General Motors ont observée et décrite. Les scientifiques ont étudié un contact infiniment petit entre l'or et le tungstène, deux métaux utilisés en association dans la fabrication de puces informatiques afin de relier différents composants fonctionnels d'un même dispositif.

L'équipe du laboratoire du professeur Grütter a fait appel à des techniques microscopiques d'avant-garde pour obtenir des images d'une précision de l'ordre de l'atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est...) d'une sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est...) en tungstène et d'une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et...) en or qu'ils ont mises en contact mécaniquement de manière précise et contrôlée. Le courant électrique traversant le point (Graphie) de contact était beaucoup plus faible que prévu. Un modèle mécanique de la structure atomique de ce point de contact a été réalisé en collaboration avec Yue Qi, chercheuse scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui se consacre à l'étude d'un domaine avec la rigueur et...) au Centre de recherche et développement de General Motors, à Warren, au Michigan.

Un modèle électrique à la fine pointe de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) réalisé par Jesse Maassen, de l'équipe de recherche de Hong Guo, professeur de physique à l'Université McGill, a permis de confirmer ces résultats et d'observer que des disparités au niveau de la structure électronique de ces deux métaux réduisaient de quatre fois la circulation (La circulation routière (anglicisme: trafic routier) est le déplacement de véhicules automobiles sur une route.) du courant, et ce, même en présence d'une interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir...) parfaite. Les chercheurs ont également découvert que des défauts cristallins - discontinuité dans l'agencement normal des atomes apparus lors de la mise en contact mécanique des deux matériaux contribuaient également à la baisse de courant, une baisse de courant dix fois plus importante que celle initialement prévue par les experts.

Les résultats de cette étude soulignent la nécessité de poursuivre la recherche afin de surmonter ce problème. Le choix des matériaux et le recours à d'autres techniques de traitement pourraient constituer des pistes de solution. C'est la première fois que des chercheurs démontrent qu'il s'agit d'un problème important pour les systèmes nanoélectroniques.

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Source: BE Canada numéro 412 (26/11/2012) - Ambassade de France au Canada / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/ ... /71545.htm