Les recherches parues aujourd'hui dans Communication Nature trouve un nouveau potentiel de traitement de l'information utile dans des échantillons de sulfure d'étain (II) (SnS), un matériau de transistor "valleytronics" candidat qui pourrait un jour permettre aux fabricants de puces d'emballer plus de puissance de calcul sur des micropuces.

La recherche a été dirigée par Jie Yao du Laboratoire national Lawrence Berkeley du Département de l'énergie (Laboratoire de Berkeley) et Shuren Lin du Département des sciences et de l'ingénierie des matériaux de l'UC Berkeley et comprenait des scientifiques de Singapour et de Chine. Fonderie moléculaire de Berkeley Lab, une installation utilisateur du DOE Office of Science, contribué aux travaux.

Depuis plusieurs décennies, les améliorations apportées aux matériaux des transistors conventionnels ont été suffisantes pour maintenir la loi de Moore - le modèle historique des fabricants de puces électroniques emballant plus de transistors (et donc plus de capacité de stockage et de gestion d'informations) dans un volume donné de silicium. Aujourd'hui, cependant, les fabricants de puces craignent d'atteindre bientôt les limites fondamentales des matériaux conventionnels. S'ils ne peuvent pas continuer à emballer plus de transistors dans des espaces plus petits, ils craignent que la loi de Moore ne tombe en panne, empêchant les futurs circuits de devenir plus petits et plus puissants que leurs prédécesseurs.

C'est pourquoi les chercheurs du monde entier sont à la recherche de nouveaux matériaux capables de calculer dans des espaces plus petits, principalement en profitant des degrés de liberté supplémentaires qu'offrent les matériaux - en d'autres termes, utiliser les propriétés uniques d'un matériau pour calculer plus de 0 et de 1 dans le même espace. Spintronique, par exemple, est un concept pour les transistors qui exploite les spins ascendants et descendants des électrons dans les matériaux en tant qu'états marche/arrêt du transistor.

Valleytronics, une autre approche émergente, utilise la réponse hautement sélective des matériaux cristallins candidats dans des conditions d'éclairage spécifiques pour indiquer leurs états marche/arrêt - c'est-à-dire, utiliser les structures de bandes des matériaux de sorte que les informations des 0 et des 1 soient stockées dans des vallées d'énergie séparées des électrons, qui dépendent de la structure cristalline des matériaux.

Dans cette nouvelle étude, l'équipe de recherche a montré que le sulfure d'étain (II) (SnS) est capable d'absorber différentes polarisations de la lumière, puis de réémettre sélectivement de la lumière de différentes couleurs à différentes polarisations. Ceci est utile pour accéder simultanément aux degrés de liberté électroniques habituels - et au valleytronic du matériau -, ce qui augmenterait considérablement la puissance de calcul et la densité de stockage de données des circuits réalisés avec le matériau.

"Nous montrons un nouveau matériau avec des vallées énergétiques distinctives qui peuvent être directement identifiées et contrôlées séparément, " a déclaré Yao. " C'est important car cela nous fournit une plate-forme pour comprendre comment les signatures des vallées sont transportées par les électrons et comment les informations peuvent être facilement stockées et traitées entre les vallées, qui ont une importance à la fois scientifique et technique."

Lin, le premier auteur de l'article, ledit matériau est différent des matériaux Valleytronics candidats étudiés précédemment car il possède une telle sélectivité à température ambiante sans polarisations supplémentaires en dehors de la source lumineuse d'excitation, ce qui atténue les exigences auparavant strictes en matière de contrôle des vallées. Par rapport à ses matériaux prédécesseurs, SnS est également beaucoup plus facile à traiter.

Avec ce constat, les chercheurs pourront développer des dispositifs valleytronic opérationnels, qui pourraient un jour être intégrés dans des circuits électroniques. Le couplage unique entre la lumière et les vallées dans ce nouveau matériau pourrait également ouvrir la voie à de futures puces hybrides électroniques/photoniques.

L'initiative "Au-delà de la loi de Moore" de Berkeley Lab s'appuie sur les capacités scientifiques fondamentales et les installations utilisateur uniques de Berkeley Lab et de l'UC Berkeley pour évaluer les candidats prometteurs pour les technologies électroniques et informatiques de nouvelle génération. Son objectif est de nouer des partenariats étroits avec l'industrie pour accélérer le temps qu'il faut généralement pour passer de la découverte d'une technologie à sa mise à l'échelle et à sa commercialisation.