Le phosphore noir est-il le silicium de demain?
Alors que les scientifiques poursuivent leurs efforts 脿 la d茅couverte d鈥檜n mat茅riau permettant d鈥檈mmagasiner davantage de transistors sur un microcircuit, une nouvelle 茅tude men茅e en partenariat 脿 l鈥橴niversit茅 McGill et l鈥橴niversit茅 de Montr茅al tend 脿 d茅montrer le potentiel 茅lev茅 du phosphore noir 脿 cet 茅gard.
Dans une 茅tude parue aujourd鈥檋ui dans la revue Nature Communications, les chercheurs indiquent que lorsque des 茅lectrons int猫grent un transistor phosphor茅, le processus ne s鈥檕p猫re qu鈥檈n deux dimensions. Selon les donn茅es recueillies, le phosphore noir pourrait aider les ing茅nieurs 脿 relever l鈥檜n des plus importants d茅fis 脿 surmonter en mati猫re d鈥櫭﹍ectronique听: la conception de transistors 茅conerg茅tiques.
芦听Les transistors minces offrent une performance sup茅rieure, car les 茅lectrons ne se d茅placent qu鈥檈n deux dimensions听禄, pr茅cise Thomas Szkopek, professeur agr茅g茅 au D茅partement de g茅nie 茅lectrique et informatique de l鈥橴niversit茅 McGill, et auteur principal de la nouvelle 茅tude. 芦听Rien n鈥檈st plus mince qu鈥檜ne seule couche d鈥檃tomes.听禄
Le nano-coffre 脿 outils du futur
En 2004, des physiciens de l鈥橴niversit茅 de Manchester, au Royaume-Uni, ont 茅t茅 les premiers 脿 isoler et explorer les propri茅t茅s exceptionnelles du 驳谤补辫丑猫苍别 鈥� une strate de carbone de l鈥櫭﹑aisseur d鈥檜n atome. Depuis, les scientifiques se sont empress茅s de pousser leurs recherches sur d鈥檃utres mat茅riaux bidimensionnels. L鈥檜n d'eux est le phosphore noir, une forme de phosphore similaire au graphite que l鈥檕n peut facilement s茅parer en couches atomiques simples, connues sous le nom de phosphor猫ne.
- Des chercheurs d茅couvrent un mat茅riau inhabituel
- Un nano-robinet 茅taye exp茅rimentalement une th茅orie quantique 茅tablie depuis longtemps
- Une meilleure fa莽on de b芒tir des 茅chafaudages d鈥橝DN
Le phosphor猫ne suscite un grand int茅r锚t en raison de sa capacit茅 脿 relever de nombreux d茅fis li茅s 脿 l鈥檜tilisation du 驳谤补辫丑猫苍别 en 茅lectronique. Contrairement au 驳谤补辫丑猫苍别, dont les propri茅t茅s s鈥檃pparentent 脿 celui du m茅tal, le phosphore noir est un semi-conducteur naturel : on peut le mettre en marche et l鈥檌nterrompre tout aussi facilement.
芦听Pour r茅duire la tension de fonctionnement des transistors et, du m锚me coup, r茅duire la chaleur qu鈥檌ls 茅mettent, nous devons parvenir 脿 concevoir un transistor 脿 l鈥櫭ヽhelle atomique听禄, pr茅cise le professeur听Szkopek.
芦听Le coffre 脿 outils avec lequel travailleront les concepteurs de transistors de demain devra contenir divers mat茅riaux form茅s de couches atomiques, dont le semi-conducteur id茅al, le m茅tal id茅al et le di茅lectrique id茅al. Pour mettre au point un transistor performant, chacun de ces trois composants doit 锚tre con莽u de mani猫re optimale. Le phosphore noir accomplit le r么le du mat茅riau semi-conducteur.听禄
Les donn茅es collig茅es sont le fruit d鈥檜ne collaboration multidisciplinaire entre l鈥櫭﹒uipe de recherche en nano茅lectronique supervis茅e par le professeur Szkopek, le laboratoire de nanoscience guid茅 par le professeur Guillaume Gervais de l鈥橴niversit茅 McGill et le groupe de recherche en nanostructures dirig茅 par le professeur Richard Martel du D茅partement de chimie de l鈥橴niversit茅 de Montr茅al.
Le laboratoire magn茅tique le plus puissant au monde
Pour examiner le d茅placement d鈥櫭﹍ectrons 脿 l鈥檌nt茅rieur d鈥檜n transistor phosphor茅, les chercheurs ont observ茅 ces derniers sous l鈥檌nfluence d鈥檜n champ magn茅tique, dans le cadre d鈥檈xp茅riences men茅es au Laboratoire national des champs magn茅tiques intenses. Situ茅 脿 Tallahassee, en Floride, il s鈥檃git du laboratoire 脿 haute puissance magn茅tique le plus important au monde. Selon Tim Murphy, directeur de l鈥檌nstallation de champ magn茅tique cr茅茅 par courant continu du Laboratoire, cette recherche 芦听fournit d鈥檌mportantes perspectives quant aux principes physiques fondamentaux qui dictent la r茅action du phosphore noir听禄.
芦听脌 la lecture des r茅sultats obtenus, nous avons 茅t茅 茅tonn茅s de constater que les 茅lectrons parviennent 脿 s鈥檌nt茅grer 脿 une charge bidimensionnelle, bien qu鈥檌ls occupent un volume dont l鈥櫭﹑aisseur 茅quivaut 脿 plusieurs couches atomiques听禄, soutient le professeur Szkopek. 听Il s鈥檃git d鈥檜ne d茅couverte importante, car elle pourrait contribuer 脿 la fabrication du mat茅riau. Cela dit, 脿 l鈥檋eure actuelle 芦 personne ne sait comment fabriquer ce mat茅riau 脿 grande 茅chelle" 禄.
芦听Aux quatre coins du monde, le phosphore noir suscite 茅norm茅ment d鈥檌nt茅r锚t听禄, ajoute le professeur Szkopek. 鈥淏ien que de nombreuses 茅tapes doivent 锚tre franchies avant que nous parvenions 脿 concevoir un produit commercial dot茅 de transistors munis de couches atomiques, nous nous rapprochons n茅anmoins du but.鈥�
Ces travaux ont 茅t茅 financ茅s par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en g茅nie du Canada, l鈥橧nstitut canadien de recherches avanc茅es, le Fonds de recherche du Qu茅bec 鈥� Nature et technologies, le Regroupement qu茅b茅cois sur les mat茅riaux de pointe et le Programme des chaires de recherche du Canada. Les travaux ont 茅t茅 en partie r茅alis茅s au Laboratoire national des champs magn茅tiques intenses, un organisme soutenu par la Fondation nationale des sciences des 脡tats-Unis, l鈥櫭塼at de la Floride et le D茅partement am茅ricain de l鈥櫭塶ergie.听
L鈥檃rticle 芦 Two-dimensional magnetotransport in a black phosphorus-naked quantum well 禄, par V. Tayari et coll., a 茅t茅 publi茅 en ligne dans la revue Nature Communications le 7 juillet 2015. DOI : 10.1038/ncomms8702.
IMAGE: Schematic of the "puckered honeycomb" crystal structure of black phosphorus. CREDIT: Vahid Tayari/McGill University
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