Des scientifiques de l'Université de Columbia développent le semi-conducteur le plus rapide et le plus efficace de l'histoire

Investigadores desarrollan el semiconductor más rápido y eficiente de la historia


Des chercheurs développent le semi-conducteur le plus rapide et le plus efficace de l'histoire
Image : sto-noname – Dépôtphotos.

Les semi-conducteurs – en particulier le silicium – sont au cœur des appareils électroniques que nous utilisons quotidiennement, y compris celui que vous utilisez pour lire cet article. Malgré leur utilisation répandue, les semi-conducteurs présentent certaines limites.

La structure atomique de tout matériau vibre, entraînant la création de particules quantiques appelées phonons. Ces phonons, à leur tour, provoquent la dispersion des particules qui transportent l’énergie et les informations dans les appareils électroniques en quelques nanosecondes et femtosecondes. Cela provoque des pertes d’énergie sous forme de chaleur et limite la vitesse de transmission des informations.

Maintenant, Des scientifiques de l'Université de Columbia ont découvert le semi-conducteur le plus rapide et le plus efficace à ce jour. Le matériau superatomique, appelé Re6Se8Cl2est formé d’un mélange d’atomes de rhénium, de sélénium et de chlore qui se regroupent et agissent comme un seul gros atome.

Dans Re6Se8Cl2, les excitons ne se dispersent pas lorsqu'ils entrent en contact avec des phonons. Au lieu de cela, ils se lient aux phonons pour créer de nouvelles quasiparticules appelées excitons-polarons acoustiques. Les polarons Re6Se8Cl2 sont capables de circuler de manière balistique ou sans dispersion. Selon les chercheurs, ce comportement balistique pourrait un jour se traduire par des appareils plus rapides et plus efficaces.

Lors d'expériences, l'équipe a découvert que les polarons-excitons acoustiques de Re6Se8Cl2 se déplaçaient deux fois plus vite que les électrons du silicium et traversaient plusieurs microns de l'échantillon en moins d'une nanoseconde. Étant donné que les polarons peuvent durer environ 11 nanosecondes, les chercheurs estiment que les polarons excitons pourraient parcourir plus de 25 micromètres à la fois.

De plus, ces quasiparticules sont contrôlées par la lumière plutôt que par un courant électrique et une porte, ce qui signifie que Les appareils électroniques théoriques fabriqués à partir de ce matériau pourraient atteindre des vitesses de traitement de l'ordre de la femtoseconde., six ordres de grandeur plus rapide que l’électronique actuelle. Le tout à température ambiante.

En termes de transport d’énergie, Re6Se8Cl2 est le meilleur semi-conducteur que nous connaissions, du moins jusqu’à présent.

Milan Delor, professeur de chimie.

Les nouvelles quasiparticules sont rapides, mais contre-intuitivement, elles atteignent cette vitesse à leur propre rythme, un peu comme l’histoire de la tortue et du lièvre. Les électrons peuvent voyager très rapidement à travers le silicium, mais ils rebondissent trop et finissent par ne pas aller très loin.

En comparaison, les excitons de Re6Se8Cl2 sont très lents, mais précisément parce qu’ils sont capables de rencontrer et de s’associer à des phonons acoustiques tout aussi lents. Les quasiparticules qui en résultent sont lourdes et se déplacent lentement mais régulièrement. Sans être empêchés par d’autres phonons, les excitons-polarons acoustiques de Re6Se8Cl2 finissent par se déplacer plus vite que les électrons du silicium.

Cependant, Il est peu probable que le Re6Se8Cl2 devienne un produit commercial. Le premier élément de la molécule, le rhénium, est l’un des plus rares sur Terre et donc très coûteux. Mais une fois le concept éprouvé, les chercheurs souhaitent voir s'il existe d'autres prétendants superatomiques capables de battre le record de vitesse de Re6Se8Cl2.

C'est le seul matériau dans lequel le transport d'excitons balistiques a été observé à température ambiante. Mais nous pouvons désormais commencer à prédire quels autres matériaux pourraient avoir ce comportement que nous n'avions pas envisagé auparavant. Il existe toute une famille de matériaux superatomiques et autres semi-conducteurs 2D présentant des propriétés favorables à la formation de polarons acoustiques.

Milan Delor

Via columbia.edu

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