Une équipe de chercheurs de l'Université d'Oxford, L'Université de Delft et IBM Zurich ont démontré que le graphène peut être utilisé pour construire des capteurs de température sensibles et autoalimentés. Les résultats ouvrent la voie à la conception de thermocouples hautement sensibles, qui pourraient être intégrés dans des nanodispositifs et même des cellules vivantes.

Capteurs de température sur puce évolutifs, fiables et installables dans des nanodispositifs sont essentiels pour la future gestion thermique des processeurs. En déterminant le chauffage local dans certains segments d'une CPU grâce à la distribution de moniteurs de température le long des points critiques, un retour d'information peut être fourni à un système de contrôle. En réponse, la gestion thermique pourrait permettre la redistribution de la charge thermique via un refroidissement ponctuel ou une répartition de la charge, par exemple entre différents cœurs de calcul, évitant les points chauds et permettant une durée de vie plus longue de l'appareil ainsi qu'une économie d'énergie. De tels capteurs de température doivent avoir un faible encombrement, haute précision, consommer un minimum d'énergie et être compatible avec les techniques de nanofabrication établies.

Thermométrie sur puce

Les thermocouples sont un candidat idéal pour la thermométrie à faible coût car ils sont auto-alimentés et relativement faciles à fabriquer. Ils ont tendance à avoir de petites variations de sensibilité car leur signal provient des propriétés intrinsèques du matériau. Typiquement, les thermocouples sont une combinaison de deux matériaux avec des coefficients Seebeck différents joints à l'extrémité de détection, permettant la mesure d'une accumulation de tension thermique entre une détection et une référence qui est proportionnelle à une différence de température. Afin de réaliser une thermométrie sur puce avec des thermocouples conventionnels, normalement, deux cycles de fabrication distincts sont nécessaires. Cependant, les thermocouples qui peuvent être facilement intégrés dans l'intégration actuelle à l'échelle des plaquettes ont déjà suscité l'intérêt, avec de multiples efforts pour fabriquer des thermocouples métalliques uniques rapportés précédemment. Encore, ces thermocouples ont une faible sensibilité (de l'ordre de 1 V/K), ont tendance à avoir un encombrement important et une épaisseur relativement importante de l'ordre de 100 nanomètres.

Graphène

Une équipe de chercheurs de l'Université d'Oxford, L'Université de Delft et IBM Zurich ont maintenant démontré que le graphène peut être utilisé pour construire des capteurs de température mono-matière et auto-alimentés. Ils ont modelé le graphène, une feuille d'atomes de carbone d'une épaisseur d'un atome, en forme de U, avec une jambe large et une jambe étroite se joignant à l'extrémité de détection. En ajustant soigneusement la géométrie des jambes de graphène et en exploitant l'effet de la diffusion des électrons sur les bords du dispositif de graphène, l'équipe a atteint une sensibilité maximale de ΔS≈39 μV/K.

Les résultats pourraient ouvrir la voie à la conception de thermocouples hautement sensibles avec la possibilité d'une intégration dans les structures de van der Waals et les futurs circuits de graphène. En outre, en raison de la nature bio-inerte du graphène et de sa stabilité dans diverses circonstances, ces thermocouples pourraient également être utilisés comme capteurs de température dans des environnements difficiles ou sensibles, comme les cellules et autres systèmes vivants.