Des physiciens de l’Université McGill de Montréal ont élaboré un système pour mesurer l’énergie résultant de l’ajout d’électrons à des nanocristaux semi-conducteurs ou points quantiques : une technologie susceptible de révolutionner l’informatique et plusieurs disciplines scientifiques. Le professeur Peter Grütter, vice-doyen (recherche et formations de 2e/3e cycles) à la Faculté des sciences de McGill, explique que son équipe de recherche a mis au point un capteur de force, également appelé capteur cantilever, qui permet simultanément l’extraction et l’ajout d’électrons à un point quantique, de même que la mesure de l’énergie dégagée au cours de cette opération.
Ces images représentent l’énergie électrostatique générée par l’ajout d’électrons à un point quantique.
Elles ont été prises à l’aide d’un microscope à force atomique.
La possibilité de mesurer l’énergie à des niveaux infinitésimaux est une étape importante dans l’élaboration de composés qui seront éventuellement appelés à remplacer les puces en silicium des ordinateurs et feront la marque de l’informatique de nouvelle génération. Actuellement, les ordinateurs fonctionnent à l’aide de processeurs munis de transistors en mode actif ou inactif (conducteurs et semi-conducteurs), alors que l’informatique quantique permet aux processeurs de travailler dans différents états, ce qui augmente considérablement leur vitesse de traitement, tout en réduisant leur taille de manière importante.
Le terme « quantum » désigne la quantité minimale d’une grandeur physique pouvant séparer deux valeurs de cette grandeur. La connaissance de ces niveaux d’énergie permet aux scientifiques de comprendre et de définir les propriétés électroniques des systèmes à échelle nanométrique qu’ils conçoivent.
« Nous caractérisons les propriétés de transport optique et électronique », explique le professeur Grütter. « Cette étape est essentielle à l’élaboration de composés susceptibles de remplacer les puces en silicium des ordinateurs contemporains. »
Les principes électroniques des nanosystèmes déterminent également leurs propriétés chimiques, si bien que les travaux des chercheurs pourraient tout à fait déboucher sur des processus chimiques qui soient à la fois plus écologiques et moins énergivores. Cette technologie pourrait par exemple être appliquée aux systèmes d’éclairage, en utilisant des nanoparticules pour améliorer leur efficacité énergétique. « Nous pensons que cette méthode aura de nombreuses applications importantes en recherche fondamentale et appliquée », explique Lynda Cockins du Département de physique de McGill.
Le principe de ce capteur cantilever est relativement simple : « Le cantilever mesure environ 0,5 mm (soit l’épaisseur d’un ongle). Il s’agit grosso modo d’un oscillateur harmonique amorti très simple, l’équivalent mathématique d’une balançoire pour enfant que l’on pousse », explique le professeur Grütter. « Le signal que nous mesurons est l’amortissement du cantilever, ce qui équivaut à la force nécessaire pour pousser l’enfant sur la balançoire afin qu’il se maintienne à une hauteur constante. Il s’agit de “l’amplitude d’oscillation”. »
Cette recherche, dont les résultats ont été publiés en ligne sur le site de la revue Proceedings of the National Academy of Sciences, a été menée en collaboration avec les professeurs Aashish Clerk, Yoichi Miyahara et Steven D. Bennett du Département de physique de McGill et des chercheurs de l’Institut des sciences des microstructures du Conseil national de recherches du Canada. Elle a bénéficié d’une subvention du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, du Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies, d’une bourse d’études Carl Reinhardt et de l’Institut canadien de recherches avancées.
