(Phys.org) - Une université de Californie, Un professeur du Riverside Bourns College of Engineering et une équipe de chercheurs ont publié aujourd'hui un article qui montre comment ils ont résolu un problème presque centenaire qui pourrait encore aider à réduire la taille des appareils électroniques.

L'oeuvre, dirigé par Alexandre A. Balandin, professeur de génie électrique à l'UC Riverside, focalisé sur le bruit 1/f électronique basse fréquence, également connu sous le nom de bruit rose et bruit de scintillement. C'est un signal ou un processus avec une densité spectrale de puissance inversement proportionnelle à la fréquence. Il a été découvert pour la première fois dans des tubes à vide en 1925 et depuis lors, il a été trouvé partout, des fluctuations de l'intensité dans les enregistrements musicaux aux fréquences cardiaques humaines et aux courants électriques dans les matériaux et les appareils.

L'importance de ce bruit pour l'électronique a motivé de nombreuses études sur son origine physique et les méthodes de son contrôle. Par exemple, le bruit de phase du signal dans un radar ou un gadget de communication tel qu'un téléphone intelligent est déterminé, dans une large mesure, par le niveau de bruit 1/f dans les transistors utilisés à l'intérieur du radar ou du smartphone.

Cependant, après près d'un siècle d'enquêtes, l'origine du bruit 1/f dans la plupart des systèmes matériels restait un mystère. Une question particulièrement importante pour l'électronique était de savoir si le bruit 1/f était généré à la surface des conducteurs électriques ou à l'intérieur de leurs volumes.

Une équipe de chercheurs de l'UC Riverside, L'Institut polytechnique Rensselaer (RPI) et l'Institut physico-technique Ioffe de l'Académie des sciences de Russie ont pu faire la lumière sur l'origine du bruit 1/f à l'aide d'un ensemble d'échantillons de graphène multicouche dont l'épaisseur variait en continu d'environ 15 plans atomiques à un une seule couche de graphène. Le graphène est un cristal de carbone épais à un seul atome avec des propriétés uniques, y compris une conductivité électrique et thermique supérieure, résistance mécanique et absorption optique unique.

En plus de Balandin, qui est également le président fondateur du programme de science et d'ingénierie des matériaux à l'UC Riverside, l'équipe de chercheurs comprenait :L'équipe comprenait :Guanxiong Liu, un chercheur associé au Nano-Device Laboratory (NDL) de Balandin ; Michael S. Shur, Patricia W. et C. Sheldon Roberts professeur d'électronique à semi-conducteurs au RPI; et Sergueï Roumiantsev, professeur-chercheur au RPI et à l'Institut Ioffe.

"La clé de ce résultat intéressant était que contrairement aux films métalliques ou semi-conducteurs, l'épaisseur des multicouches de graphène peut être modifiée de manière continue et uniforme jusqu'à une seule couche atomique de graphène - la "surface" ultime du film, " dit Balandin. " Ainsi, nous avons pu accomplir avec des films de graphène multicouches quelque chose que les chercheurs ne pouvaient pas faire avec des films métalliques au siècle dernier. Nous avons sondé l'origine du bruit 1/f directement."

Il a ajouté que les études précédentes ne pouvaient pas tester les films métalliques à des épaisseurs inférieures à environ huit nanomètres. L'épaisseur du graphène est de 0,35 nanomètres et peut être augmentée progressivement, un plan atomique à la fois.

« En dehors de la science fondamentale, les résultats rapportés sont importants pour poursuivre la réduction d'échelle des appareils électroniques conventionnels, " Balandin a déclaré. "La technologie actuelle est déjà au niveau où de nombreux appareils deviennent essentiellement des surfaces. Dans ce sens, la découverte va au-delà du champ de graphène."

Il a également noté que l'étude était essentielle pour les applications proposées du graphène dans les circuits analogiques, communications et capteurs. En effet, toutes ces applications nécessitent des niveaux de bruit 1/f suffisamment bas, ce qui contribue au bruit de phase des systèmes de communication et limite la sensibilité et la sélectivité des capteurs.

Les résultats de la recherche ont été publiés dans la revue Lettres de physique appliquée .