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  • Le contrôle du courant Valley ouvre la voie aux appareils à très faible consommation

    Le graphène bicouche est encapsulé en haut et en bas par du nitrure de bore hexagonal (un isolant). En appliquant une tension aux grilles supérieure et inférieure, il est possible de contrôler l'état du graphène bicouche. Le fait d'avoir deux portes permet un contrôle indépendant de la densité électronique et du champ électrique vertical. Un champ électrique vertical appliqué crée une différence d'énergie faible mais significative entre les couches supérieure et inférieure du graphène. Cette différence d'énergie brise la symétrie du graphène permettant le contrôle de la vallée. Crédit :(c) 2015 Seigo Tarucha

    Des chercheurs de l'Université de Tokyo ont démontré un dispositif à courant de vallée à commande électrique qui pourrait ouvrir la voie à des dispositifs «valleytronics» à ultra-faible consommation.

    A l'échelle atomique, la matière se comporte à la fois comme une particule et comme une onde. électrons, donc, ont une longueur d'onde associée qui peut généralement avoir de nombreuses valeurs différentes. Dans les systèmes cristallins cependant, certaines longueurs d'onde peuvent être privilégiées. Graphène, par exemple, a deux longueurs d'onde privilégiées appelées K et K' (K prime). Cela signifie que deux électrons dans le graphène peuvent avoir la même énergie mais des longueurs d'onde différentes - ou, pour le dire autrement, différente "vallée".

    L'électronique utilise des frais pour représenter l'information, mais lorsque la charge traverse un matériau, une partie de l'énergie est dissipée sous forme de chaleur, un problème pour tous les appareils électroniques utilisés aujourd'hui. Cependant, si la même quantité d'électrons dans un canal circule dans des directions opposées, aucune charge nette n'est transférée et aucune chaleur n'est dissipée - mais dans un appareil électronique normal, cela signifierait qu'aucune information n'a été transmise non plus. Un dispositif valleytronics transmettant des informations en utilisant un courant de vallée pur, où les électrons avec la même vallée circulent dans une direction, n'aurait pas cette limitation, et offre un moyen de réaliser des appareils à très faible consommation.

    Les études expérimentales sur le courant de vallée n'ont commencé que récemment. Le contrôle du courant de vallée dans une monocouche de graphène a été démontré, mais uniquement dans des conditions très spécifiques et avec un contrôle limité de la conversion du courant de charge en courant de vallée. Pour que le courant de vallée soit une alternative viable pour charger l'électronique moderne à base de courant, il est nécessaire de contrôler la conversion entre le courant de charge et le courant de vallée sur une large plage à haute température.

    Maintenant, Le groupe de recherche du professeur Seigo Tarucha au Département de physique appliquée de la Graduate School of Engineering a créé un dispositif de courant de vallée à commande électrique qui convertit le courant électrique conventionnel en courant de vallée, le fait passer à travers un long canal (3,5 microns), reconvertit ensuite le courant de vallée en courant de charge qui peut être détecté par une tension mesurable. Le groupe de recherche a utilisé une bicouche de graphène prise en sandwich entre deux couches isolantes, avec l'ensemble du dispositif pris en sandwich entre deux couches conductrices ou « grilles », permettant le contrôle de la vallée.

    Un champ électrique vertical (flèches vertes) brise la symétrie du graphène bicouche permettant un contrôle sélectif de la vallée. Un conventionnel, un petit courant électrique (flèche violette) est converti en courant de vallée via l'effet Hall de vallée (VHE). (Les électrons dans la vallée K, bleu, aller à droite; tandis que les électrons dans la vallée de Kâ€�, rose, se déplacer vers la gauche.) Le courant de vallée pur se déplace sur une distance importante. De l'autre côté de l'appareil, le courant de vallée est reconverti en courant de charge via l'effet Hall de vallée inverse (IVHE) et est détecté comme une tension. Crédit :(c) 2015 Seigo Tarucha

    Le groupe a transféré le courant de vallée sur une distance suffisamment grande pour exclure d'autres explications concurrentes possibles de leurs résultats et a pu contrôler l'efficacité de la conversion du courant de vallée sur une large plage. L'appareil a également fonctionné à des températures bien plus élevées que prévu. "Nous mesurons généralement nos appareils à des températures inférieures au point de liquéfaction de l'hélium (-268,95 C, à peine 4,2 K au-dessus du zéro absolu) pour détecter ce type de phénomènes, " dit le Dr Yamamoto, membre du groupe de recherche. "Nous avons été surpris que le signal puisse être détecté même à -203,15 C (70 K). À l'avenir, il peut être possible de développer des appareils qui peuvent fonctionner à température ambiante."

    " Courant de vallée, contrairement au courant de charge, il est non dissipatif. Cela signifie qu'aucune énergie n'est perdue lors du transfert d'informations, " dit le professeur Tarucha. Il poursuit, « La consommation d'énergie devenant un problème majeur dans l'électronique moderne, Les appareils basés sur le courant de vallée ouvrent une nouvelle direction pour les futurs appareils informatiques à ultra-faible consommation d'énergie."

    Une image au microscope à force atomique du dispositif valleytronics. La zone orange vif est du graphène bicouche. La zone bleu clair montre la zone de la porte supérieure. Le courant est injecté du côté droit de l'appareil, et converti en courant de vallée. Le courant de vallée est reconverti en courant de charge et détecté comme un signal de tension. Crédit :(c) 2015 Seigo Tarucha




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