Quel est ce nouveau semi-conducteur qui pourrait révolutionner l’informatique et l’électronique à tout jamais ?

Voilà des décennies que l’électronique moderne repose sur un pilier central : le silicium. Sans lui, pas de smartphones, de tablettes ou d’ordinateurs. Pas de télévisions, d’écrans ou d’appareils photos numériques. Bref, celui-ci est partout ! Toutefois, avec l’exigence croissante des technologies avancées (consommation énergétique, dissipation thermique, réduction de la taille des composants etc.), ce brave silicium commence à atteindre ses limites. C’est pourquoi les physiciens lui cherchaient désespérément un digne successeur.

La réponse se situerait peut-être dans le graphène, un matériau aux propriétés exceptionnelles. Après 20 ans de travail acharné, une équipe de chercheurs du Georgia Institute of Technology a réussi à développer un semi-conducteur composé de graphène. Celui-ci est entièrement compatible avec les méthodes de traitement microélectronique actuellement utilisées.

Le graphène, un matériau extraordinaire

On doit sa découverte à Andre Geim et Konstantin Novoselov qui ont réussi à isoler pour la première fois ce matériau en 2004. Ce dernier est en deux dimensions et composé d’une couche d’atomes de carbone. De manière simplifiée, on peut l’imaginer comme une feuille extrêmement fine, quasiment transparente, où les atomes sont disposés en un grand motif hexagonal.

Le graphène comporte des propriétés plutôt hors du commun : il est 100 fois plus résistant que l’acier de haute qualité, d’une légèreté impressionnante tout en présentant une conductivité électronique bien plus importante que celle du cuivre.

Dans un communiqué, Walter de Heer, un physicien à Georgia Tech, explique : “le graphène nous donne accès à des propriétés des électrons qui ne sont tout simplement pas accessibles avec le silicium. Nous ne savons pas exactement où cela va nous mener, mais nous savons que nous avons ouvert la porte à une façon différente de faire de l’électronique“.

La synthèse de l’épigraphène

Dans un article dédié à leur travail publié dans la prestigieuse revue Nature, les scientifiques du Georgia Institute of Technology expliquent comment ils ont réussi à créer l’épigraphène. Cet exploit a été permis en cultivant du graphène sur des tranches de carbure de silicium. C’est une céramique ultraréfractaire, la plupart du temps synthétique. Il est, en effet, très rare de trouver ce composé dans la nature, qui est uniquement présent sous forme minérale baptisée moissanite.

Ce graphène, cultivé dans des fours spéciaux, a fini par former un matériau semi-conducteur unique en liant le graphène épitaxial (ou épigraphène) au carbure de silicium. Cette liaison chimique procure alors à ce matériau ses propriétés semi-conductrices.

Cette découverte laisse entrevoir une myriade d’applications potentielles, qui dépassent de très loin les capacités actuelles du silicium.

Un potentiel inouï pour l’avenir

Par rapport aux semi-conducteurs traditionnels, celui-ci offre une mobilité électronique dix fois supérieure. Cela signifie qu’il pourrait encaisser des vitesses de calculs bien plus importantes que celles que l’on connaît aujourd’hui. Il est également capable de transmettre un signal électronique sur de très longues distances sans aucune dispersion.

En plus de ces deux immenses avantages, les électrons adoptent un comportement dans l’épigraphène qui semblent s’aligner sur les principes de la physique quantique. Particulièrement lorsque ceux-ci sont soumis à des températures très basses. Une caractéristique qui pourrait être un réel game changer dans la résolution de plusieurs problèmes connus dans la construction d’ordinateurs quantiques.

Même s’il faudra patienter au moins cinq ou dix ans pour que cette technologie de pointe arrive à un stade d’intégration complète dans nos systèmes électroniques, le potentiel qu’elle porte est colossal. L’épigraphène n’est qu’à son stade embryonnaire, mais il est l’incarnation même du changement de paradigme technologique. De Heer le compare très justement au premier vol motorisé du 17 décembre 1903 : “Pour moi, c’est comme un moment des frères Wright, conclut Walter de Heer.  Ils ont construit un avion capable de voler près de 100 mètres dans les airs. Les sceptiques se demandaient pourquoi le monde aurait besoin de voler alors qu’il disposait déjà de trains et de bateaux rapides. Mais ils ont persisté…“.

• Une équipe de chercheurs du Georgia Institute of Technology a réussi à trouver un remplaçant au silicium dans les semi-conducteurs.
• Le matériau, nommé épigraphène, est formé à partir de graphène cultivé sur des tranches de carbure de silicium.
• Celui-ci est bien plus performant que le silicium et ouvre potentiellement la porte à une nouvelle ère technologique.

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