Un nouveau transistor capable de révolutionner les technologies d'imagerie médicale et de contrôle de sécurité a été développé par des chercheurs en graphène des universités de Manchester et de Nottingham.

Écrire dans Communication Nature , les chercheurs rapportent le premier transistor à base de graphène avec des caractéristiques bistables, ce qui signifie que l'appareil peut basculer spontanément entre deux états électroniques. De tels dispositifs sont très demandés en tant qu'émetteurs d'ondes électromagnétiques dans la gamme des hautes fréquences entre le radar et l'infrarouge, pertinent pour des applications telles que les systèmes de sécurité et l'imagerie médicale.

La bistabilité est un phénomène courant :un système en forme de bascule a deux états équivalents et de petites perturbations peuvent déclencher une commutation spontanée entre eux. La façon dont les électrons porteurs de charge se déplacent dans les transistors au graphène rend cette commutation incroyablement rapide – des milliards de commutateurs par seconde.

Le graphène, matériau merveilleux, est le plus fin au monde, matériau le plus solide et le plus conducteur, et a le potentiel de révolutionner un grand nombre d'applications diverses; des smartphones et du haut débit ultrarapide à l'administration de médicaments et aux puces informatiques. Il a été isolé pour la première fois à l'Université de Manchester en 2004.

Le dispositif se compose de deux couches de graphène séparées par une couche isolante de nitrure de bore de quelques couches atomiques d'épaisseur. Les nuages ​​d'électrons dans chaque couche de graphène peuvent être réglés en appliquant une petite tension. Cela peut induire les électrons dans un état où ils se déplacent spontanément à grande vitesse entre les couches.

Parce que la couche isolante séparant les deux feuilles de graphène est ultra-mince, les électrons sont capables de traverser cette barrière par « effet tunnel quantique ». Ce processus induit un mouvement rapide de charge électrique qui peut conduire à l'émission d'ondes électromagnétiques à haute fréquence.

Ces nouveaux transistors présentent la signature essentielle d'une bascule quantique, appelée conductance différentielle négative, par lequel le même courant électrique circule à deux tensions appliquées différentes. La prochaine étape pour les chercheurs est d'apprendre à optimiser le transistor en tant que détecteur et émetteur.

L'un des chercheurs, Professeur Laurence Eaves, a déclaré :« En plus de son potentiel en imagerie médicale et en contrôle de sécurité, les dispositifs au graphène pourraient également être intégrés sur une puce avec des ou autre à base de graphène, composants électroniques pour fournir de nouvelles architectures et fonctionnalités.

« Depuis plus de 40 ans, la technologie a conduit à des transistors de plus en plus petits; un tour de force d'ingénierie qui nous a fourni les puces de silicium de pointe d'aujourd'hui qui contiennent des milliards de transistors. Les scientifiques recherchent une alternative à la technologie à base de silicium, qui est susceptible d'atteindre les tampons dans quelques années, et le graphène peut être une réponse."

"La recherche sur le graphène est relativement mature, mais des dispositifs multicouches constitués de différents matériaux atomiquement minces tels que le graphène ont été signalés pour la première fois il y a seulement un an. Cette architecture peut apporter beaucoup plus de surprises", ajoute le Dr Liam Britnell, Université de Manchester, le premier auteur de l'article.