Ingénieurs de l'Université de Californie, Bord de rivière, ont fait la démonstration de dispositifs prototypes faits d'un matériau exotique pouvant conduire une densité de courant 50 fois supérieure à la technologie d'interconnexion en cuivre conventionnelle.

La densité de courant est la quantité de courant électrique par section transversale en un point donné. Au fur et à mesure que les transistors des circuits intégrés deviennent de plus en plus petits, ils ont besoin de densités de courant de plus en plus élevées pour fonctionner au niveau souhaité. La plupart des conducteurs électriques conventionnels, comme le cuivre, ont tendance à se casser en raison d'une surchauffe ou d'autres facteurs à des densités de courant élevées, présentant un obstacle à la création de composants de plus en plus petits.

L'industrie électronique a besoin d'alternatives au silicium et au cuivre capables de supporter des densités de courant extrêmement élevées à des tailles de quelques nanomètres seulement.

L'avènement du graphène a entraîné une effort mondial visant à étudier d'autres aspects bidimensionnels, ou 2-D, des matériaux en couches qui répondraient au besoin de composants électroniques à l'échelle nanométrique pouvant supporter une densité de courant élevée. Alors que les matériaux 2-D sont constitués d'une seule couche d'atomes, Les matériaux 1D sont constitués de chaînes individuelles d'atomes faiblement liés les uns aux autres, mais leur potentiel pour l'électronique n'a pas été aussi largement étudié.

On peut considérer les matériaux 2D comme de fines tranches de pain tandis que les matériaux 1D sont comme des spaghettis. Par rapport aux matériaux 1D, Les matériaux 2D semblent énormes.

Un groupe de chercheurs dirigé par Alexander A. Balandin, un éminent professeur de génie électrique et informatique au Marlan and Rosemary Bourns College of Engineering de l'UC Riverside, découvert que le tritellurure de zirconium, ou ZrTe 3 , Les nanorubans ont une densité de courant exceptionnellement élevée qui dépasse de loin celle de tous les métaux conventionnels comme le cuivre.

La nouvelle stratégie entreprise par l'équipe de l'UC Riverside fait passer la recherche des matériaux bidimensionnels aux matériaux unidimensionnels, une avancée importante pour la future génération d'électronique.

"Les métaux conventionnels sont polycristallins. Ils ont des joints de grains et une rugosité de surface, qui diffusent des électrons, " Balandin a déclaré. "Matériaux quasi-unidimensionnels tels que ZrTe 3 se composent de chaînes atomiques monocristallines dans une direction. Ils n'ont pas de joints de grains et ont souvent des surfaces atomiquement lisses après exfoliation. Nous avons attribué la densité de courant exceptionnellement élevée dans le ZrTe 3 à la nature monocristalline des matériaux quasi-1D."

En principe, ces matériaux quasi-1D pourraient être cultivés directement en nanofils avec une section transversale qui correspond à un fil atomique individuel, ou chaîne. Dans la présente étude, le niveau du courant soutenu par le ZrTe 3 fils quantiques était plus élevé que rapporté pour tous les métaux ou autres matériaux 1D. Il atteint presque la densité de courant dans les nanotubes de carbone et le graphène.

Les appareils électroniques dépendent d'un câblage spécial pour transporter des informations entre les différentes parties d'un circuit ou d'un système. Alors que les développeurs miniaturisent les appareils, leurs parties internes doivent également devenir plus petites, et les interconnexions qui transportent les informations entre les parties doivent devenir les plus petites de toutes. Selon la façon dont ils sont configurés, le ZrTe 3 les nanorubans pourraient être transformés en interconnexions locales à l'échelle nanométrique ou en canaux de dispositifs pour les composants des dispositifs les plus petits.

Les expériences du groupe UC Riverside ont été menées avec des nanorubans qui avaient été tranchés à partir d'une feuille de matériau préfabriquée. Les applications industrielles doivent faire croître le nanoruban directement sur la plaquette. Ce procédé de fabrication est déjà en cours de développement, et Balandin pense que les nanomatériaux 1D offrent des possibilités d'applications dans l'électronique future.

"La chose la plus excitante à propos des matériaux quasi-1D est qu'ils peuvent être vraiment synthétisés dans les canaux ou les interconnexions avec la section transversale finalement petite d'un fil atomique - environ un nanomètre par un nanomètre, ", a déclaré Balandin.

Les résultats de cette enquête paraissent ce mois-ci dans Lettres de périphérique électronique IEEE .