(Phys.org) - Il n'y a rien de pire qu'une table de billard shonky avec un sillon ou une bosse invisible qui fait dévier votre tir :une nouvelle étude a révélé qu'il en va de même à l'échelle nanométrique, où les "boules de billard" sont de minuscules électrons se déplaçant sur une "table" faite d'arséniure de gallium semi-conducteur.

Ces minuscules tables de billard présentent un intérêt pour le développement des futures technologies informatiques. Dans un article de recherche intitulé « L'impact de la diffusion aux petits angles sur le transport balistique dans les points quantiques », une équipe internationale de physiciens a montré que dans ce jeu de « billard semi-conducteur », les petites bosses ont un effet étonnamment important sur les chemins que suivent les électrons.

Mieux encore, l'équipe a mis au point une refonte majeure qui permet d'aplanir ces bosses. L'étude, dirigé par des chercheurs de la UNSW School of Physics, est publié dans la revue Lettres d'examen physique .

L'équipe comprenait des collègues, de l'Université de l'Oregon (États-Unis), Niels Bohr Institute (Danemark) et Cambridge University (Royaume-Uni).

"Réduit un million de fois par rapport à la variété de bars locaux, ces tables de billard microscopiques sont refroidies juste au-dessus du zéro absolu pour étudier la science fondamentale, par exemple, comment fonctionne la théorie classique du chaos dans la limite de la mécanique quantique, ainsi que des questions avec une application utile, comme la façon dont la nature ondulatoire de l'électron affecte le fonctionnement des transistors, », déclare le professeur agrégé Adam Micolich, membre de l'équipe. « En faisant cela, les impuretés et les défauts du semi-conducteur représentent un sérieux défi.

Des matériaux ultra-propres sont utilisés pour éliminer les impuretés provoquant une rétrodiffusion (semblable à laisser un verre sur la table de billard) mais jusqu'à présent, il n'y avait aucun moyen d'éviter les atomes de silicium ionisés qui fournissent les électrons.

« Leur effet électrostatique est plus subtil, déformant essentiellement la surface de la table », explique Micolich.

Des études antérieures supposaient que cette déformation était négligeable, avec les chemins d'électrons déterminés uniquement par la forme de la table de billard (par exemple carré, circulaire, en forme de stade).

« Nous avons découvert que nous pouvions « reconfigurer » le gauchissement en réchauffant la table et en la refroidissant à nouveau, avec les chemins des électrons changeant radicalement en réponse, », déclare le professeur Richard Taylor de l'Université de l'Oregon. "Cela montre que le gauchissement est beaucoup plus important que prévu."

En utilisant un nouveau design de billard développé pendant les travaux de doctorat à l'UNSW par l'auteur principal, le Dr Andrew See, les dopants au silicium sont éliminés, éliminer le gauchissement associé, et permettre aux chemins des électrons de rester les mêmes chaque fois qu'ils refroidissent le dispositif pour l'étude.

«Ces appareils de billard non dopés identifient les dopants au silicium comme la cause du gauchissement. Le niveau d'amélioration obtenu en supprimant le silicium était inattendu, des travaux antérieurs sur des appareils beaucoup plus gros suggéraient que nous ne verrions pas ce niveau d'amélioration.

Mais à l'échelle nanométrique, les atomes dopants font vraiment une très grande différence, dit Micoliche, « En fin de compte, notre travail fournit des informations importantes sur la façon de fabriquer de meilleurs appareils électroniques à l'échelle nanométrique, ceux où les propriétés sont à la fois plus prévisibles, et plus cohérent à chaque fois que nous les utilisons.