Des chercheurs de l'Université du Texas à Dallas ont créé une technologie qui pourrait être le premier pas vers des ordinateurs portables dotés de sources d'alimentation autonomes ou, plus immédiatement, un smartphone qui ne meurt pas après quelques heures d'utilisation intensive.

Cette technologie, publié en ligne dans Communication Nature , exploite la puissance d'un seul électron pour contrôler la consommation d'énergie à l'intérieur des transistors, qui sont au cœur de la plupart des systèmes électroniques modernes.

Des chercheurs de l'école d'ingénierie et d'informatique Erik Jonsson ont découvert qu'en ajoutant une couche mince atomique spécifique à un transistor, la couche servait de filtre à l'énergie qui la traversait à température ambiante. Le signal qui résultait de l'appareil était six à sept fois plus raide que celui des appareils traditionnels. Les appareils à forte pente utilisent moins de tension mais ont toujours un signal fort.

"L'ensemble de l'industrie des semi-conducteurs recherche des dispositifs à forte pente car ils sont essentiels pour avoir de petits, puissant, appareils mobiles avec de nombreuses fonctions qui fonctionnent rapidement sans dépenser beaucoup d'énergie de la batterie, " a déclaré le Dr Jiyoung Kim, professeur de science et d'ingénierie des matériaux à la Jonsson School et auteur de l'article. "Notre appareil est une solution pour y arriver."

Exploiter le comportement unique et subtil d'un seul électron est le moyen le plus économe en énergie de transmettre des signaux dans les appareils électroniques. Puisque le signal est si petit, il peut être facilement dilué par les bruits thermiques à température ambiante. Pour voir ce signal quantique, les ingénieurs et les scientifiques qui construisent des appareils électroniques utilisent généralement des techniques de refroidissement externes pour compenser l'énergie thermique dans l'environnement électronique. Le filtre créé par les chercheurs de l'UT Dallas est une voie pour filtrer efficacement le bruit thermique.

Dr Kyeongjae "K.J." Cho, professeur de science et d'ingénierie des matériaux et de physique et auteur de l'article, ont convenu que les transistors fabriqués à partir de cette technique de filtrage pourraient révolutionner l'industrie des semi-conducteurs.

« Le fait de devoir refroidir la propagation thermique dans les transistors modernes limite la fabrication de petits appareils électroniques grand public, " dit Cho, qui a utilisé des techniques de modélisation avancées pour expliquer les phénomènes de laboratoire. "Nous avons conçu une technique pour refroidir les électrons en interne, permettant de réduire la tension de fonctionnement, afin que nous puissions créer encore plus petit, appareils plus économes en énergie.

Chaque fois qu'un appareil tel qu'un smartphone ou une tablette calcule, il nécessite une alimentation électrique pour fonctionner. La réduction de la tension de fonctionnement signifierait une durée de conservation plus longue pour ces produits et d'autres. Les appareils à faible consommation peuvent signifier des ordinateurs portés avec ou sur des vêtements qui ne nécessitent pas de source d'alimentation extérieure, entre autres.

Pour créer cette technologie, les chercheurs ont ajouté un film mince d'oxyde de chrome sur l'appareil. Cette couche, à température ambiante d'environ 80 degrés Fahrenheit, filtré la glacière, électrons stables et a fourni la stabilité à l'appareil. Normalement, cette stabilité est obtenue en refroidissant l'ensemble du dispositif électronique à semi-conducteurs à des températures cryogéniques, environ moins 321 degrés Fahrenheit.

Une autre innovation utilisée pour créer cette technologie était un système de stratification verticale, ce qui serait plus pratique à mesure que les appareils deviennent plus petits.

"Une façon de réduire la taille de l'appareil est de le rendre vertical, donc le courant circule de haut en bas au lieu du traditionnel gauche à droite, " dit Kim, qui a ajouté la fine couche à l'appareil.

Les résultats des tests en laboratoire ont montré que l'appareil à température ambiante avait une force de signal d'électrons similaire à celle des appareils conventionnels à moins 378 degrés Fahrenheit. Le signal a conservé toutes les autres propriétés. Les chercheurs testeront également cette technique sur des électrons manipulés par des moyens optoélectroniques et spintroniques (lumière et magnétique).

La prochaine étape consiste à étendre ce système de filtrage aux semi-conducteurs fabriqués en technologie Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS).

"L'électronique du passé était basée sur des tubes à vide, " a déclaré Cho. "Ces appareils étaient gros et nécessitaient beaucoup de puissance. Puis le domaine s'est porté sur les transistors bipolaires fabriqués en technologie CMOS. Nous sommes à nouveau confrontés à une crise énergétique, et c'est une solution pour réduire l'énergie à mesure que les appareils deviennent de plus en plus petits."