Phénomènes de conductance quantique dans les semi-conducteurs et les métaux. a) Représentation schématique d'un dispositif à base de semi-conducteur montrant la quantification de la conductance, où un 2DEG est formé à l'interface d'une hétérojonction. Le contact ponctuel quantique est réalisé en appliquant une tension négative aux électrodes de grille tout en mesurant les propriétés de transport à travers les contacts vers le 2DEG de chaque côté de la constriction. La largeur de constriction (W) peut être modifiée au moyen de la tension de grille appliquée. b) Représentation schématique d'un dispositif à base métallique où la quantification de la conductance peut être observée lorsque le contact métallique est de dimensions atomiques. Crédit :Gianluca Milano et al, Matériaux avancés (2022). DOI :10.1002/adma.202201248
A l'échelle nanométrique, les lois de la physique classique deviennent soudainement insuffisantes pour expliquer le comportement de la matière. C'est précisément à ce moment qu'intervient la théorie quantique, décrivant effectivement les phénomènes physiques caractéristiques du monde atomique et subatomique. Grâce au comportement différent de la matière à ces échelles de longueur et d'énergie, il est possible de développer de nouveaux matériaux, dispositifs et technologies basés sur les effets quantiques, qui pourraient donner lieu à une véritable révolution quantique qui promet d'innover dans des domaines tels que la cryptographie, les télécommunications et l'informatique.
La physique des très petits objets, déjà à la base de nombreuses technologies que nous utilisons aujourd'hui, est intrinsèquement liée au monde des nanotechnologies, la branche des sciences appliquées traitant du contrôle de la matière à l'échelle du nanomètre (un nanomètre est un milliardième de un mètre). Ce contrôle de la matière à l'échelle nanométrique est à la base du développement de nouveaux dispositifs électroniques.
Parmi ceux-ci, les memristors sont considérés comme des dispositifs prometteurs pour la réalisation de nouvelles architectures de calcul émulant les fonctions de notre cerveau, permettant la création de systèmes de calcul de plus en plus efficaces adaptés au développement de l'ensemble du secteur de l'intelligence artificielle, comme l'a récemment montré l'Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica ( chercheurs de l'INRiM) en collaboration avec plusieurs universités et instituts de recherche internationaux.
Dans ce contexte, le projet EMPIR MEMQuD, coordonné par l'INRiM, vise à étudier les effets quantiques dans de tels dispositifs, dans lesquels les propriétés de conduction électronique peuvent être manipulées pour permettre l'observation de phénomènes de conductivité quantifiés à température ambiante. En plus d'analyser les fondamentaux et les développements récents, le travail de synthèse "Quantum Conductance in Memristive Devices :Fundamentals, Developments, and Applications" récemment publié dans la revue Advanced Materials , analyse comment ces effets peuvent être utilisés pour un large éventail d'applications, de la métrologie au développement de mémoires de nouvelle génération et à l'intelligence artificielle. La recherche démontre une nouvelle technique pour améliorer la distribution de clés quantiques à longue distance dans un champ réel
