Un groupe de chercheurs de l'Institut Fritz Haber de la Société Max Planck et de la Humboldt-Universität zu Berlin ont découvert qu'un semi-conducteur peut être converti en métal et inversement par la lumière plus facilement et plus rapidement qu'on ne le pensait auparavant. Cette découverte peut augmenter la vitesse de traitement et simplifier la conception de nombreux dispositifs technologiques courants.

Une grande partie de la technologie utilisée aujourd'hui repose sur des transistors. Ils connectent de nombreux matériaux qui composent ces appareils, et sont indispensables pour tout type de traitement de données. Parce que les transistors sont si importants, les scientifiques et les ingénieurs tentent depuis longtemps de les optimiser en modifiant les propriétés de leurs matériaux afin qu'ils puissent être utilisés de manière plus flexible. Maintenant, une équipe de chercheurs de l'Institut Fritz Haber de la Société Max Planck et de la Humboldt-Universität zu Berlin a trouvé un indice important sur la façon d'y parvenir.

Les transistors sont souvent constitués de semi-conducteurs, des matériaux qui conduisent l'électricité mais pas aussi bien que les métaux. Dans les transistors communs, plusieurs semi-conducteurs sont combinés pour contrôler un courant électrique. Malheureusement, cela limite les performances et la taille de l'appareil dans lequel ils sont intégrés. "Essentiellement, il serait idéal de n'avoir qu'un seul matériau qui puisse tout faire, chaque fois que vous en avez besoin, " dit Julia Stähler, Professeur à la Humboldt Universität zu Berlin, qui a dirigé l'étude à l'Institut Fritz Haber.

Bien que la conductivité des semi-conducteurs puisse être altérée par un processus chimique appelé « dopage, " cette technique, dans lequel les atomes du semi-conducteur sont remplacés par d'autres atomes, a des limites. Les propriétés d'un matériau peuvent être modifiées, mais le restera définitivement. Les chercheurs recherchent un matériau qui peut basculer entre différentes propriétés. Le groupe de Julia Stähler a trouvé une réponse à cette question :la lumière.

Les scientifiques impliqués dans cette étude ont étudié le populaire oxyde de zinc semi-conducteur et ont découvert qu'en l'éclairant avec un laser, la surface du semi-conducteur peut être transformée en métal et vice-versa. Ce « photo-dopage » est obtenu par photoexcitation :la lumière modifie les propriétés électroniques de telle sorte que les électrons se déplacent brutalement librement et qu'un courant électrique puisse circuler, comme il le ferait en métal. Une fois la lumière éteinte, le matériau redevient également rapidement un semi-conducteur.

"Ce mécanisme est une découverte complètement nouvelle et surprenante, " dit Lukas Gierster, auteur principal et Ph.D. étudiant dans le groupe de Stähler. « Trois choses en particulier nous ont surpris :d'une part, le dopage photo- et chimique se comportent tellement de manière similaire malgré des mécanismes fondamentalement différents; deux, des changements gigantesques peuvent être atteints avec une puissance laser très faible; et trois, allumer et éteindre le métal se produit rapidement. "

La conversion en métal ne prend que 20 femtosecondes, soit 20 millionième de milliardième de seconde. La vitesse de la reformation du semi-conducteur était particulièrement étonnante car elle était de plusieurs ordres de grandeur plus rapide que dans les études précédentes. En d'autres termes, la lumière est un interrupteur ultrarapide qui a la force de modifier les propriétés semi-conductrices de l'oxyde de zinc en un comportement métallique de manière réversible.

Cette découverte pourrait être très bénéfique pour les applications de dispositifs à haute fréquence et les transistors à commande optique ultrarapides en augmentant la vitesse de traitement et en simplifiant la conception des dispositifs. "Nos gadgets pourraient devenir plus rapides et donc plus intelligents, " Julia Stähler dit et ajoute :" Faible puissance, la commutation ultrarapide des propriétés de conduction nous fournira une grande vitesse et une flexibilité de conception. » Elle et son groupe sont convaincus qu'il en sera de même pour d'autres matériaux semi-conducteurs, de sorte que leur découverte atteindra probablement bien plus loin que le simple oxyde de zinc.