Les chercheurs affirment que cela « pourrait changer le monde »
En un mot: En 2021, une équipe du Massachusetts Institute of Technology a fait sensation en créant un tout nouveau type de matériau ferroélectrique. Aujourd'hui, ces mêmes chercheurs se sont surpassés en utilisant cette substance pour construire un transistor qui surpasse complètement les puces conventionnelles qui alimentent les gadgets d'aujourd'hui, avec des vitesses de commutation de l'ordre de la nanoseconde et une durabilité incroyable.
Les performances exceptionnelles du transistor proviennent des propriétés uniques du matériau ferroélectrique 2021, composé de couches extrêmement fines de nitrure de bore empilées parallèlement les unes aux autres.
La définition générale d'un matériau ferroélectrique est qu'il s'agit d'un cristal spécial qui peut générer spontanément des charges positives et négatives en lui-même, et ces charges peuvent être inversées en appliquant un champ électrique.
Le nouveau matériau semble toutefois se comporter un peu différemment. Lorsqu'on lui applique un champ électrique, les couches parallèles se déplacent légèrement, ce qui déplace les atomes de bore et d'azote d'un cheveu. Cela conduit à une transformation radicale des propriétés électroniques du matériau. Les chercheurs expliquent que c'est comme si on pressait les mains l'une contre l'autre, puis qu'on les faisait glisser l'une au-dessus de l'autre.
« Le miracle est qu'en faisant glisser les deux couches de quelques angströms, on obtient une électronique radicalement différente », explique Raymond Ashoori, co-auteur principal de l'étude, mettant en perspective ce minuscule déplacement : un angström ne représente qu'un milliardième de mètre.
Le transistor résultant présente plusieurs propriétés révolutionnaires. Pour commencer, il peut basculer rapidement entre les charges positives et négatives (les 1 et 0 des données numériques) à une vitesse de l'ordre de la nanoseconde. La commutation rapide est essentielle pour le calcul haute performance et le traitement des données. De plus, comme « rien ne s'use lors du glissement », Ashoori note que le transistor pourrait théoriquement commuter plus de 100 milliards de fois sans se dégrader. C'est différent de la mémoire flash classique, qui se dégrade lentement en raison des cycles répétitifs d'écriture/effacement.
Le matériau ferroélectrique étant remarquablement fin (il mesure quelques milliardièmes de mètre), il pourrait permettre un stockage de mémoire informatique beaucoup plus dense. Cette caractéristique signifie également que les transistors nécessitent des tensions de fonctionnement plus faibles puisque la tension de commutation augmente avec l'épaisseur, ce qui permet d'obtenir des transistors globalement plus économes en énergie.
L'équipe n'a développé jusqu'à présent qu'un seul prototype de transistor en laboratoire. Mais selon Pablo Jarillo-Herrero, co-directeur de la recherche, « à plusieurs égards, ses propriétés sont déjà conformes ou supérieures aux normes industrielles » pour les transistors ferroélectriques actuels.
Ashoori semble très enthousiaste à propos de cette avancée, déclarant au MIT News : « Quand je pense à toute ma carrière en physique, c'est le travail qui, selon moi, pourrait changer le monde d'ici 10 à 20 ans. »
C'est une affirmation audacieuse, mais si ce transistor est à la hauteur du potentiel énorme qu'ils vantent, il est peut-être sur la bonne voie. L'article complet est disponible dans un numéro récent de Science.
