Imaginez modeler et visualiser le silicium au niveau atomique, quelque chose qui, si c'est fait avec succès, va révolutionner l'industrie de l'informatique quantique et classique. Une équipe de scientifiques à Edmonton, C'est exactement ce que le Canada a fait, dirigé par un physicien de renommée mondiale et son protégé prometteur.

Taleana Huff, étudiante au doctorat à l'Université de l'Alberta, s'est associée à son superviseur Robert Wolkow pour canaliser une technique appelée microscopie à force atomique (ou AFM) pour modéliser et imager des circuits électroniques au niveau atomique. C'est la première fois que cette technique puissante est appliquée à la fabrication et à l'imagerie à l'échelle atomique d'une surface de silicium, notoirement difficile car l'acte d'appliquer la technique risque d'endommager le silicium. Cependant, la récompense vaut le risque, car ce niveau de contrôle pourrait stimuler la révolution de l'industrie technologique.

"C'est un peu comme le braille, " explique Huff. " Vous amenez la pointe atomiquement acérée très près de la surface de l'échantillon pour simplement sentir les atomes en utilisant les forces qui existent naturellement parmi tous les matériaux. "

L'un des problèmes du travail à l'échelle atomique est le risque de perturber la chose que l'on mesure en le mesurant. Souffler, Wolkow, et leurs collaborateurs de recherche ont largement surmonté ces problèmes et, par conséquent, peuvent désormais construire en déplaçant des atomes individuels :plus important encore, ces structures définies atomiquement entraînent un nouveau niveau de contrôle sur les électrons uniques.

C'est la première fois que la puissante technique AFM a été montrée pour voir non seulement les atomes de silicium mais aussi les liaisons électroniques entre ces atomes. Au cœur de la technique se trouve une nouvelle approche informatique puissante qui analyse et vérifie l'identité des atomes et des liaisons observés dans les images. « Nous n'aurions pas pu effectuer ces calculs nouveaux et exigeants sans le soutien de Calcul Canada. Cette approche combinée de calcul et de mesure réussit à jeter les bases d'une toute nouvelle génération d'architectures informatiques classiques et quantiques, " dit Wolkow.

Il a pour objectif à long terme de fabriquer des circuits à base de silicium ultra-rapides et ultra-faible consommation, consommant potentiellement dix mille fois moins d'énergie que ce qui est sur le marché.

"Imaginez au lieu que la batterie de votre téléphone dure une journée qu'elle puisse durer des semaines à la fois, parce que vous n'utilisez que quelques électrons par modèle de calcul, " dit Huff, qui explique que la précision du travail permettra au groupe et aux investisseurs potentiels de l'industrie de modeler géométriquement les atomes pour créer à peu près n'importe quel type de structure logique imaginable.

Ce travail pratique était exactement ce qui a attiré l'Américain de naissance, qui se décrit lui-même, à la physique de la matière condensée à la faculté des sciences de l'Université de l'Alberta. Après des études de premier cycle en astrophysique et un stage à la NASA, Huff a ressenti le besoin de devenir plus tangible avec son travail d'études supérieures. (Avec des passe-temps qui incluent le levage de puissance et la restauration de motos, elle vient par le désir de tangibilité tout à fait honnêtement.) "Je voulais quelque chose que je pouvais toucher, quelque chose qui allait être un produit physique avec lequel je pourrais travailler tout de suite, " dit Huff.

Et pour savoir avec qui elle voulait travailler, elle est allée droit au sommet, à la recherche de Wolkow, mondialement connu pour son travail sur les points quantiques, liens pendants, et les travaux de promotion de l'industrie sur la science à l'échelle atomique. "Il a tellement de passion et de conviction pour ce qu'il fait, " poursuit-elle. " Avec Bob, c'est comme, 'nous allons changer le monde.' Je trouve ça vraiment inspirant, " dit Huff.

"Taleana a la passion et la volonté de faire avancer des choses très difficiles. Elle a maintenant une compréhension et des compétences vraiment uniques au monde, ce qui nous donne un grand avantage sur le terrain, " dit Wolkow. " Nous devons juste travailler sur ses goûts musicaux, " ajoute-t-il en riant.

Les derniers résultats de recherche du groupe, "Observation possible du contraste de liaison chimique dans les images AFM d'une surface de silicium à terminaison hydrogène" ont été publiés dans le 13 février Numéro 2017 de Communication Nature .