(Phys.org) —Pendant des décennies, les appareils électroniques sont de plus en plus petits, et plus petit, et plus petit. Il est désormais possible, voire routinier, de placer des millions de transistors sur une seule puce de silicium.

Mais les transistors à base de semi-conducteurs ne peuvent devenir que si petits. "Au rythme où la technologie actuelle progresse, dans 10 ou 20 ans, ils ne pourront pas devenir plus petits, " a déclaré le physicien Yoke Khin Yap de l'Université technologique du Michigan. " En outre, les semi-conducteurs ont un autre inconvénient :ils gaspillent beaucoup d'énergie sous forme de chaleur."

Les scientifiques ont expérimenté différents matériaux et conceptions de transistors pour résoudre ces problèmes, toujours en utilisant des semi-conducteurs comme le silicium. De retour en 2007, Yap voulait essayer quelque chose de différent qui pourrait ouvrir la porte à une nouvelle ère de l'électronique.

"L'idée était de fabriquer un transistor en utilisant un isolant nanométrique avec des métaux nanométriques sur le dessus, " dit-il. " En principe, vous pourriez obtenir un morceau de plastique et étaler une poignée de poudres métalliques sur le dessus pour fabriquer les appareils, si tu le fais bien. Mais nous essayions de le créer à l'échelle nanométrique, nous avons donc choisi un isolant nanométrique, nanotubes de nitrure de bore, ou BNNT pour le substrat."

L'équipe de Yap avait compris comment faire des tapis virtuels de BNNT, qui se trouvent être des isolants et donc très résistants aux charges électriques. À l'aide de lasers, l'équipe a ensuite placé des points quantiques (QD) d'or aussi petits que trois nanomètres de diamètre sur les sommets des BNNT, formant des QD-BNNT. Les BNNT sont des substrats idéaux pour ces points quantiques en raison de leur petite taille, contrôlable, et des diamètres uniformes, ainsi que leur caractère isolant. Les BNNT limitent la taille des points qui peuvent être déposés.

En collaboration avec des scientifiques du Oak Ridge National Laboratory (ORNL), ils ont allumé des électrodes aux deux extrémités des QD-BNNT à température ambiante, et quelque chose d'intéressant s'est produit. Les électrons ont sauté très précisément de point d'or à point d'or, un phénomène connu sous le nom de tunnel quantique.

"Imaginez que les nanotubes soient une rivière, avec une électrode sur chaque rive. Imaginez maintenant de tout petits tremplins de l'autre côté de la rivière, " dit Yap. " Les électrons sautaient entre les tremplins d'or. Les pierres sont si petites, vous ne pouvez obtenir qu'un seul électron sur la pierre à la fois. Chaque électron passe de la même façon, donc l'appareil est toujours stable."

L'équipe de Yap avait fabriqué un transistor sans semi-conducteur. Lorsqu'une tension suffisante a été appliquée, il est passé à l'état conducteur. Lorsque la tension était faible ou éteinte, il est revenu à son état naturel d'isolant.

Par ailleurs, il n'y a pas eu de "fuite":aucun électron des points d'or ne s'est échappé dans les BNNT isolants, gardant ainsi le canal de tunnel frais. En revanche, le silicium est sujet aux fuites, qui gaspille de l'énergie dans les appareils électroniques et génère beaucoup de chaleur.

D'autres ont fabriqué des transistors qui exploitent l'effet tunnel quantique, dit le physicien de Michigan Tech John Jaszczak, qui a développé le cadre théorique de la recherche expérimentale de Yap. Cependant, ces dispositifs de tunnel n'ont fonctionné que dans des conditions qui décourageraient l'utilisateur type de téléphone portable.

"Ils ne fonctionnent qu'à des températures d'hélium liquide, " a déclaré Jaszczak.

Le secret du dispositif en or et nanotubes de Yap réside dans sa taille submicroscopique :un micron de long et environ 20 nanomètres de large. "Les îles d'or doivent être de l'ordre du nanomètre de diamètre pour contrôler les électrons à température ambiante, " dit Jaszczak. " S'ils sont trop gros, trop d'électrons peuvent circuler." Dans ce cas, plus petit, c'est vraiment mieux :« Travailler avec des nanotubes et des points quantiques vous permet d'atteindre l'échelle que vous souhaitez pour les appareils électroniques. »

"Théoriquement, ces canaux tunnels peuvent être miniaturisés en dimension quasi nulle lorsque la distance entre électrodes est réduite à une petite fraction de micron, " dit Yap.

Yap a déposé un brevet international complet sur la technologie.