À NE PAS DIFFUSER AVANT 14h00, heure normale de l'Est des États-Unis Jeudi 5 juillet 2001

Contact: Ginger Pinholster
gpinhols@aaas.org
202-326-6421
American Association for the Advancement of Science

Une étude de Science montre que le nano-transistor peut s'enclencher avec un seul électron et pourrait convenir parfaitement aux ordinateurs moléculaires

Un simple électron suffit à faire la différence entre « marche » et « arrêt » pour un nouveau transistor fabriqué à partir d'un seul nanotube de carbone dont la taille minuscule et les besoins énergétiques faibles devraient en faire un appareil idéal pour les ordinateurs moléculaires. Dans le numéro du 29 juin de la revue Science, des chercheurs hollandais nous font découvrir ce transistor à nanotube à électron unique, le premier en son genre à fonctionner efficacement à température ambiante.

« Nous avons ajouté un autre outil fondamental à la panoplie de l'électronique moléculaire », déclare l'auteur de l'article, M. Cees Dekker, de la Delft University of Technology, aux Pays-Bas.

Utilisés dans toute une gamme d'appareils électroniques, les transistors sont mieux connus sous le nom de « chevaux de trait » de l'industrie informatique. Ensemble, des millions de transistors tenant sur une seule puce de silicium peuvent aider à exécuter des fonctions logiques ou enregistrer des informations.

Lorsqu'ils sont à l'état « bloqué », les transistors empêchent le courant de passer, mais lorsqu'une tension faible est appliquée, ils le laissent passer.

Alors même que les chercheurs fabriquent des micro puces toujours plus petites, l'idée d'utiliser un type de transistor appelé « transistor à électron unique » (ou SET) semble de plus en plus séduisante. Tout comme beaucoup d'autres appareils électroniques de ce genre, ces transistors peuvent être fabriqués à une échelle moléculaire et ainsi occuper beaucoup moins de place que leurs confrères conventionnels fabriqués en silicium.

L'avantage particulier des SET est qu'ils n'ont besoin que d'un seul électron pour alterner entre « marche » et « arrêt ». Par opposition, les transistors utilisés dans la microélectronique conventionnelle ont besoin de millions d'électrons pour réaliser ces mêmes fonctions.

Les chercheurs actuels prévoient des limites au nombre de transistors conventionnels qui pourront tenir sur une seule puce car le foisonnement d'électrons produirait trop de chaleur pour que la puce puisse fonctionner correctement. Les SET pourraient être la réponse à ce problème.

Un SET peut être comparé à un pont à sens unique équipé d'un poste de péage à chaque extrémité permettant aux voitures de passer, une par une. Spécifiquement, il s'agit d'un « îlot » métallique, séparé des électrodes « sources » et « déversoirs » par deux barrières à l'intérieur desquelles les électrodes peuvent circuler. Un portail relié à l'îlot est chargé de régler la tension du système dans son ensemble. Le contrôle exercé sur la tension au niveau du portail régularise le nombre d'électrons qui montent et descendent de l'îlot, un par un.

Mais il y a un piège : la plupart des SET antérieurs n'ont pu fonctionner qu'à des températures extrêmement basses, car la chaleur favorise la production d'énergie nécessaire pour fabriquer de nouveaux électrons sur l'îlot.

Or, l'équipe de Dekker a réussi à mettre au point un appareil si petit que les fluctuations de chaleur importent peu, même à température ambiante.

En effet, plus l'espace occupé par les électrons dans l'îlot est petit, plus il faut d'énergie pour fabriquer de nouveaux électrons.

Dekker et ses collègues ont commencé à partir d'un seul nanotube de carbone et ont utilisé la pointe d'un microscope à force atomique pour créer des coudes, ou des distorsions dans le tube. Ces distorsions ont servi de barrières pour laisser passer les électrons un par un, à des niveaux de tension déterminés. L'appareil tout entier mesurait seulement 1 nanomètre de large et 20 nanomètres de long, soit moins de 1/500è de la grosseur d'un cheveu humain.

Bien que les chercheurs puissent un jour assembler ces transistors pour en faire des versions moléculaires des puces de silicium, il reste encore des obstacles difficiles à franchir.

« Il y a quatre ans seulement, nous parvenions à mesurer pour la première fois un transport électronique à l'intérieur d'un nanotube », déclare Dekker. « Aujourd'hui, nous étudions ce qu'il est possible et impossible de faire avec les appareils à molécule unique. La prochaine étape consistera à réfléchir à la façon de combiner ces éléments pour créer des circuits complexes ».

Le défi de base auquel devront faire face les applications sera l'amélioration de la rentabilité de production des appareils. Un étudiant doit aujourd'hui passer toute une après-midi au laboratoire pour mettre au point un seul nanotube avec distorsion. Mais, Dekker indique qu'il est peut-être possible d'utiliser un substrat réticulé pour provoquer physiquement les distorsions dans plusieurs nanotubes simultanément ou d'effectuer ce processus par intervention chimique.

Les auteurs ont également découvert certaines caractéristiques physiques particulières lorsqu'ils se sont penchés sur le fonctionnement exact de leur transistor à électron unique. Dans la plupart des cas, les électrons montent et descendent de l'îlot indépendamment les uns des autres, mais ce n'était pas le cas pour l'équipe de Dekker.

En effet, l'équipe a constaté que les électrons semblent avoir une sorte de connexion quantique n'ayant jamais été observée auparavant, selon laquelle ils montent et descendent de l'îlot deux par deux, comme s'ils étaient intimement liés.

« Les récents travaux montrent que les nanotubes métalliques courts peuvent être appliqués aux transistors à électron unique fonctionnant à température ambiante (RTSET). Ils illustrent également que la recherche d'appareils moléculaires fonctionnels donne souvent des résultats scientifiques fondamentaux intéressants », écrivent les auteurs de l'article.

###

Les autres auteurs de l'étude sont Henk W.Ch. Postma, Tijs Teepen, Zhen Yao et Milena Grifoni, à la Delft University of Technology. Ces recherches ont reçu le soutien financier de la Dutch Foundation for Fundamental Research on Matter (FOM) et le projet SATURN de la Communauté européenne.

Pour lire l'article concernant ces recherches, les journalistes peuvent écrire à scipak@aaas.org, ou téléphoner au (202) 326-6440.