S'appuyant sur le besoin de l'Air Force de développer des appareils technologiques qui nécessitent une charge minimale sur le terrain, l'Université du Texas à San Antonio (UTSA) utilise les principes de la science et de l'ingénierie quantiques pour construire un dispositif logique à base de graphène. Cette nouvelle technologie améliorera l'efficacité énergétique des appareils dépendants de la batterie, des téléphones portables aux ordinateurs.

« Nous développons des appareils qui peuvent fonctionner presque sans batterie, " dit Ethan Ahn, Maître de conférences UTSA en génie électrique.

Les ingénieurs de l'UTSA utilisent la spintronique, l'étude de la propriété de mécanique quantique intrinsèque d'un électron appelée spin, pour permettre un fonctionnement à faible consommation avec une application possible en informatique quantique.

"Un électron c'est un peu, mais aimant très puissant, " dit Ahn. " Imaginez qu'un électron tourne sur son propre axe, soit vers le haut, soit vers le bas."

Les appareils technologiques traditionnels utilisent la charge électronique des électrons pour l'alimentation. En spintronique, les chercheurs exploitent le spin inhérent des électrons comme nouvelle source d'énergie. Avec cette nouvelle approche, appareils nécessiteront moins d'électrons pour fonctionner.

Il y a des obstacles, cependant, en exploitant la puissance du spin. Dans l'informatique quantique qui exploite le spin des électrons pour transmettre des informations, le défi pour les chercheurs est de savoir comment capturer le spin aussi efficacement que possible.

"Si vous avez 100 électrons injectés dans le canal pour alimenter le prochain circuit logique, vous ne pouvez utiliser qu'un ou deux tours car l'efficacité d'injection est très faible. C'est 98% de rotation perdue, " dit Ahn.

Pour éviter la perte de spin, Ahn a développé la nouvelle idée de « l'interconnexion carbone à puissance zéro » en utilisant des nanomatériaux à la fois comme canal de transport de spin et comme barrière tunnel. Ces nanomatériaux sont comme une feuille de papier, une couche bidimensionnelle d'atomes de carbone de quelques nanomètres d'épaisseur, et c'est le point de contact où l'injection de spin est entrée dans l'appareil. Le prototype d'Ahn est une interconnexion construite avec une couche d'oxyde de graphène réduite.

"C'est nouveau parce que nous utilisons du graphène, un nanomatériau, pour améliorer l'injection de spin. En contrôlant la quantité d'oxyde sur les couches de graphène, nous pouvons affiner la conductivité des électrons, " dit Ahn.

Le graphène a un attrait généralisé car c'est le nanomatériau le plus résistant au monde. En réalité, la conductivité à température ambiante du graphène est supérieure à celle de tout autre matériau connu.

En cas de succès, l'interconnexion carbone à puissance nulle qu'Ahn crée avec ses collaborateurs de l'UT-Austin et de la Michigan State University serait intégrée dans le composant logique d'une puce informatique.

Le dispositif, une fois développé, sera soumis au Bureau de la recherche scientifique de l'US Air Force, qui soutient le travail de l'UTSA avec une subvention de trois ans.

"L'armée a besoin d'appareils plus petits qui peuvent fonctionner dans des champs éloignés sans avoir besoin de recharger les batteries, " a déclaré Ahn. " Si notre interconnexion carbone zéro énergie réussit, il améliorera l'efficacité de la spintronique du graphène, une étape cruciale pour faire avancer la prochaine génération d'électronique à faible consommation comme l'informatique quantique. »

Cette interconnexion pourrait également être très bénéfique pour l'industrie du cloud computing. Selon le Data Knowledge Center, Les plates-formes de cloud computing à la demande telles que Amazon Web Services consomment à elles seules environ deux pour cent de l'énergie du pays. Si l'interconnexion carbone zéro énergie est réussie, les serveurs cloud tels que ceux qui proposent des services de streaming comme Netflix ou héberger des données, pourrait fonctionner plus rapidement et avec moins d'électricité.