Un ingénieur de l'école d'ingénierie et d'informatique Erik Jonsson de l'Université du Texas à Dallas a conçu un nouveau système informatique composé uniquement de carbone qui pourrait un jour remplacer les transistors au silicium qui alimentent les appareils électroniques d'aujourd'hui.

"Le concept rassemble un assortiment de technologies nanométriques existantes et les combine d'une nouvelle manière, " a déclaré le Dr Joseph S. Friedman, professeur adjoint d'ingénierie électrique et informatique à l'UT Dallas qui a mené une grande partie de la recherche alors qu'il était étudiant au doctorat à l'Université Northwestern.

La proposition de logique de spin tout carbone qui en résulte, publié par l'auteur principal Friedman et plusieurs collaborateurs dans le numéro du 5 juin de la revue en ligne Communication Nature , est un système informatique qui, selon Friedman, pourrait être plus petit que les transistors au silicium, avec des performances accrues.

Les appareils électroniques d'aujourd'hui sont alimentés par des transistors, qui sont de minuscules structures de silicium qui reposent sur des électrons chargés négativement se déplaçant à travers le silicium, formant un courant électrique. Les transistors se comportent comme des interrupteurs, allumer et éteindre le courant.

En plus de porter une charge, les électrons ont une autre propriété appelée spin, qui se rapporte à leurs propriétés magnétiques. Dans les années récentes, les ingénieurs ont étudié des moyens d'exploiter les caractéristiques de spin des électrons pour créer une nouvelle classe de transistors et de dispositifs appelés « spintronique ».

Le tout carbone de Friedman, Le commutateur spintronique fonctionne comme une porte logique qui repose sur un principe de base de l'électromagnétisme :lorsqu'un courant électrique se déplace dans un fil, il crée un champ magnétique qui s'enroule autour du fil. En outre, un champ magnétique à proximité d'un ruban de carbone bidimensionnel, appelé nanoruban de graphène, affecte le courant circulant dans le ruban. En traditionnel, ordinateurs à base de silicium, les transistors ne peuvent pas exploiter ce phénomène. Au lieu, ils sont reliés entre eux par des fils. La sortie d'un transistor est connectée par un fil à l'entrée du transistor suivant, et ainsi de suite en cascade.

Dans la conception du circuit spintronique de Friedman, les électrons se déplaçant à travers les nanotubes de carbone - essentiellement de minuscules fils composés de carbone - créent un champ magnétique qui affecte le flux de courant dans un nanoruban de graphène à proximité, fournissant des portes logiques en cascade qui ne sont pas physiquement connectées.

Parce que la communication entre chacun des nanorubans de graphène se fait via une onde électromagnétique, au lieu du mouvement physique des électrons, Friedman s'attend à ce que la communication soit beaucoup plus rapide, avec le potentiel de vitesses d'horloge térahertz. En outre, ces matériaux carbonés peuvent être plus petits que les transistors à base de silicium, qui approchent de leur limite de taille en raison des propriétés matérielles limitées du silicium.

« Ce fut un grand effort d'équipe de collaboration interdisciplinaire, " Friedman a dit, "en combinant ma proposition de circuit avec l'analyse physique de Jean-Pierre Leburton et Anuj Girdhar à l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign ; conseils technologiques de Ryan Gelfand à l'Université de Floride centrale ; et aperçu des systèmes d'Alan Sahakian, Allen Taflove, Bruce Wessels, Hooman Mohseni et Gokhan Memik à Northwestern."

Alors que le concept est encore sur la planche à dessin, Friedman a déclaré travailler sur un prototype du tout-carbone, système de calcul spintronique en cascade se poursuivra dans le laboratoire de recherche interdisciplinaire NanoSpinCompute, qu'il dirige à l'UT Dallas.