Les chercheurs ont découvert qu'un matériau forme une hélice semblable à l'ADN lorsqu'il est réduit à une chaîne d'atomes, comme le montre la ligne rose dans ce graphique, encapsulé dans un nanotube. Crédit :Université Purdue/Jing-Kai Qin et Pai-Ying Liao
Les puces informatiques utilisent des milliards de minuscules commutateurs, appelés transistors, pour traiter les informations. Plus il y a de transistors sur une puce, plus l'ordinateur est rapide.
Un matériau en forme d'hélice d'ADN unidimensionnel pourrait repousser davantage les limites de la taille d'un transistor. Le matériau provient d'un élément de terre rare appelé tellure.
Les chercheurs ont découvert que le matériau, encapsulé dans un nanotube en nitrure de bore, permet de construire un transistor à effet de champ d'un diamètre de deux nanomètres. Les transistors sur le marché sont faits de silicium plus volumineux et ont une échelle comprise entre 10 et 20 nanomètres.
La recherche est publiée dans la revue Nature Électronique . Les ingénieurs de l'Université Purdue ont effectué le travail en collaboration avec l'Université technologique du Michigan, Université de Washington à Saint-Louis, et l'Université du Texas à Dallas.
Au cours des dernières années, les transistors ont été construits aussi petits que quelques nanomètres en laboratoire. L'objectif est de construire des transistors de la taille d'atomes.
Le laboratoire de Peide Ye à Purdue est l'un des nombreux groupes de recherche cherchant à exploiter des matériaux beaucoup plus minces que le silicium pour obtenir des transistors à la fois plus petits et plus performants.
"Ce matériau de tellure est vraiment unique. Il construit un transistor fonctionnel avec le potentiel d'être le plus petit au monde, " dit Ye, Richard J. et Mary Jo Schwartz de Purdue, professeur de génie électrique et informatique.
En 2018, la même équipe de recherche à Purdue a découvert le tellurène, un matériau bidimensionnel dérivé du tellure. Ils ont découvert que les transistors fabriqués avec ce matériau pouvaient transporter beaucoup plus de courant électrique, les rendant plus efficaces.
La découverte les a rendus curieux de savoir ce que le tellure pourrait faire d'autre pour les transistors. La capacité de l'élément à prendre la forme d'un matériau ultrafin dans une dimension pourrait aider à réduire encore plus la taille des transistors.
Une façon de réduire les transistors à effet de champ, le genre que l'on trouve dans la plupart des appareils électroniques, est de construire les grilles qui entourent les nanofils plus minces. Ces nanofils sont protégés à l'intérieur de nanotubes.
Ces argent, les lignes ondulées sont des chaînes d'atomes dans le tellure se comportant comme de l'ADN. Les chercheurs n'ont vu ce comportement dans aucun autre matériau. Crédit :Université du Texas à Dallas/Qingxiao Wang et Moon Kim
Jing-Kai Qin et Pai-Ying Liao, Doctorants en génie électrique et informatique de Purdue, a mené des travaux pour déterminer comment rendre le tellure aussi petit qu'une seule chaîne atomique, puis construire des transistors avec ces chaînes atomiques ou des nanofils ultrafins.
Ils ont commencé à faire croître des chaînes unidimensionnelles d'atomes de tellure. Le laboratoire de Wenzhuo Wu à Purdue a synthétisé des nanofils de tellure nus à des fins de comparaison. Une équipe dirigée par Li Yang à l'Université de Washington a simulé le comportement du tellure.
Les chercheurs ont été surpris de constater que les atomes de ces chaînes unidimensionnelles se tortillaient. Ces ondulations ont été rendues visibles grâce à l'imagerie MET réalisée par Moon Kim à l'Université du Texas à Dallas et Hai-Yan Wang à Purdue.
"Les atomes de silicium ont l'air droits, mais ces atomes de tellure sont comme un serpent. C'est une structure très originale, " Tu as dit.
Les oscillations étaient les atomes fortement liés les uns aux autres par paires pour former des chaînes hélicoïdales de type ADN, puis empilement à travers des forces faibles appelées interactions de van der Waals pour former un cristal de tellure.
Ces interactions de van der Waals distingueraient le tellure comme un matériau plus efficace pour les chaînes atomiques simples ou les nanofils unidimensionnels par rapport aux autres, car il est plus facile à insérer dans un nanotube, Vous avez dit.
Puisque l'ouverture d'un nanotube ne peut pas être plus petite que la taille d'un atome, des hélices d'atomes de tellure pourraient obtenir des nanofils plus petits et, donc, transistors plus petits.
Les chercheurs ont construit un transistor avec un nanofil de tellure encapsulé dans un nanotube de nitrure de bore, fourni par le laboratoire du professeur de physique Yoke Khin Yap à la Michigan Technological University. Un nanotube de nitrure de bore de haute qualité isole efficacement le tellure, permettant de construire un transistor.
Le laboratoire de Xianfan Xu à Purdue a caractérisé les propriétés du matériau avec la spectroscopie Raman pour évaluer ses performances.
"Cette recherche en révèle plus sur un matériau prometteur qui pourrait permettre un calcul plus rapide avec une très faible consommation d'énergie en utilisant ces minuscules transistors, " a déclaré Joe Qiu, directeur de programme pour le bureau de recherche de l'armée américaine, qui a financé ce travail. "Cette technologie aurait des applications importantes pour l'armée."
