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Voici le premier semi-conducteur au graphène au monde

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Crédits : Christopher McKenney/Georgia Tech

Des scientifiques ont réalisé une avancée majeure en créant le premier semi-conducteur fonctionnel à base de graphène, ouvrant ainsi la voie à des puces potentiellement plus performantes pour alimenter les futurs ordinateurs, y compris ceux dédiés à l’informatique quantique.

Les qualités exceptionnelles du graphène

La découverte du graphène en 2004 a ouvert la voie à une nouvelle ère de recherche et d’innovation. Composé d’une seule couche d’atomes de carbone arrangés dans une structure hexagonale, ce matériau offre en effet une combinaison exceptionnelle de propriétés, dont une grande flexibilité, une légèreté et une résistance mécanique élevée.

L’une des caractéristiques les plus remarquables du graphène est son absence de bande interdite, ce qui signifie qu’il n’y a pas de barrière d’énergie pour les électrons, ce qui les rend extrêmement mobiles. Cette particularité fait de ce matériau un candidat idéal pour une utilisation dans le domaine de l’électronique, où il est étudié pour la fabrication de transistors et de semi-conducteurs.

Notez que les semi-conducteurs sont des matériaux cruciaux dans l’industrie électronique en raison de leur capacité à moduler la conductivité électrique sous l’influence de conditions externes telles qu’un champ électrique ou une augmentation de la température.

De nos jours, ils sont principalement fabriqués à partir de silicium. Cependant, le graphène pourrait offrir une alternative prometteuse au silicium, car il présente des avantages tels qu’une conductivité électrique exceptionnelle et une mobilité électronique élevée, ce qui nous ramène à cette annonce.

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Crédits : iStock

Un premier semi-conducteur au graphène

Une équipe de chercheurs a récemment mis au point un nouveau matériau semi-conducteur fabriqué à partir de graphène proposant une mobilité électronique plus élevée par rapport au silicium traditionnel, ce qui signifie que les électrons peuvent se déplacer avec moins de résistance. Les transistors fabriqués à partir de ce matériau pourraient en effet fonctionner à des fréquences térahertz et être dix fois plus rapides que les transistors à base de silicium actuellement utilisés dans les puces modernes.

Jusqu’à présent, l’utilisation du graphène en électronique était entravée par l’absence de cette fameuse « bande interdite » nécessaire pour allumer et éteindre les transistors. Ici, les chercheurs ont surmonté ce défi en fusionnant du graphène sur du carbure de silicium, créant ainsi un semi-conducteur de graphène fonctionnel avec une bande interdite. Ce semi-conducteur peut également être intégré aux processus de fabrication existants.

Informatique quantique

Les semi-conducteurs à base de graphène, en plus de transformer les puces électroniques traditionnelles, ouvrent des perspectives prometteuses pour l’informatique quantique qui exploite les propriétés quantiques des particules, telles que les électrons, pour effectuer des calculs d’une manière radicalement différente de l’informatique classique.

Les premiers ordinateurs quantiques utilisent aujourd’hui des matériaux supraconducteurs qui permettent le transport de l’électricité sans aucune résistance à des températures extrêmement basses. Dans le cas du graphène, les propriétés quantiques des électrons pourraient également être exploitées, là aussi à des températures très basses.

Cependant, la question de savoir si les semi-conducteurs à base de graphène pourraient surpasser les technologies actuelles utilisées dans les ordinateurs quantiques les plus avancés, notamment les technologies supraconductrices, reste une question ouverte.

Les détails de l’étude sont publiés dans Nature.