Des chercheurs de l'Institut national des normes et technologies (NIST) et leurs collaborateurs ont observé comment l'énergie d'un seul électron dans un matériau semi-conducteur peut être contrôlée avec précision en ajustant la position des atomes proches. Cette découverte pourrait conduire à de nouvelles façons de créer des dispositifs quantiques, tels que des transistors, fonctionnant à des niveaux de puissance très faibles et plus résistants au bruit.

Dans les dispositifs semi-conducteurs traditionnels, le flux d’électrons est contrôlé par l’application d’un champ électrique. Cependant, cette approche est limitée par le fait que les électrons sont également affectés par le mouvement thermique des atomes dans le matériau. Cela peut rendre les appareils bruyants et inefficaces, en particulier à des températures élevées.

L'approche de l'équipe du NIST évite ce problème en utilisant une manière différente de contrôler le flux d'électrons. Au lieu d'appliquer un champ électrique, ils utilisent une technique appelée « confinement quantique » pour créer une minuscule région isolée de matériau semi-conducteur dans laquelle les électrons sont libres de se déplacer. Cette région est entourée d’une couche d’atomes qui agissent comme une barrière empêchant les électrons de s’échapper.

En contrôlant soigneusement la position des atomes dans la couche barrière, les chercheurs ont pu régler avec précision l’énergie d’un seul électron dans la région confinée. Cela leur a permis de créer un dispositif agissant comme un transistor, mais sans avoir besoin de champ électrique.

La découverte de l'équipe du NIST pourrait conduire à une nouvelle génération de dispositifs quantiques plus puissants et plus efficaces que les dispositifs semi-conducteurs traditionnels. Ces appareils pourraient être utilisés dans diverses applications, telles que l’informatique quantique, la cryptographie quantique et la détection quantique.

Les résultats de l'équipe de recherche ont été publiés dans la revue Nature Nanotechnology.