Après des décennies de recherche, des scientifiques ont enfin réussi à concevoir le premier véritable semi-conducteur au graphène au monde. Les implications de cette création peuvent être révolutionnaires, notamment dans le domaine de l’informatique quantique. Voici tout ce qu’il faut savoir à ce sujet.
Qu’est-ce qu’un semi-conducteur au graphène ?
En premier lieu, il faut savoir que le graphène est un matériau remarquable constitué d’une seule couche d’atomes de carbone disposés dans un réseau hexagonal. Souvent décrit comme étant un « matériau miracle », le graphène a des propriétés extraordinaires, dont une conductivité exceptionnelle. Les électrons peuvent se déplacer à travers le graphène à des vitesses extrêmement élevées, ce qui en fait un excellent conducteur d’électricité. De plus, le graphène est incroyablement solide, léger et flexible, sans oublier sa conductivité thermique élevée.
Grâce à toutes ces caractéristiques, de nombreuses recherches sont menées afin d’exploiter le graphène, notamment en tant que semi-conducteur. Il faut comprendre que, même si le graphène a une excellente propriété de conductivité, il n’est pas lui-même un semi-conducteur. Un semi-conducteur est décrit comme étant un matériau qui se situe entre un conducteur et un isolant en matière de capacité à conduire l’électricité. Les exemples de matériaux semi-conducteurs incluent le silicium, le germanium et les oxydes métalliques.
Ces matériaux ont une petite bande interdite, mais non nulle, qui leur permet d’être utilisés dans des dispositifs électroniques de commutation et d’amplification. Le graphène n’est pas doté de cette propriété. Cependant, les chercheurs cherchent depuis longtemps des moyens de modifier le graphène pour introduire une bande interdite, de manière à ce qu’il se comporte davantage comme un semi-conducteur. Dans une première dans la recherche scientifique, des chercheurs de l’Institut de technologie de Géorgie ont réussi cet exploit.
Une invention qui va révolutionner le domaine de l’informatique quantique
D’après les résultats de leurs recherches publiées dans la revue Nature, les scientifiques ont non seulement créé du graphène avec une bande interdite, mais ils ont aussi fabriqué un transistor fonctionnel, un interrupteur marche/arrêt qui empêche ou permet au courant de le traverser. L’étude a également montré que leur procédé devrait être plus propice à la production à grande échelle, dans la mesure où il repose sur des techniques qui ne sont pas sans rappeler celles utilisées pour créer des puces de silicium.
Pour créer leur semi-conducteur à base de graphène, les chercheurs ont utilisé des tranches de carbure de silicium qui ont été chauffées, forçant le silicium à s’évaporer avant le carbone, laissant ainsi une couche de graphène épitaxial sur le dessus. L’équipe a découvert que lorsqu’il était fabriqué correctement, le graphène épitaxial se liait chimiquement au carbure de silicium et commençait à montrer des propriétés semi-conductrices sans pour autant détériorer ses autres propriétés.
Cette découverte est très importante, dans la mesure où la technologie humaine progresse à très grande vitesse, et que les traditionnelles puces en silicium n’arrivent plus à suivre la cadence. À l’avenir, le graphène est l’un des meilleurs candidats pour remplacer le silicium en tant que semi-conducteur, notamment dans les ordinateurs quantiques.
