De nouveaux matériaux pour l’ordinateur du futur

3 dopé au La. a Dispersion de la bande de Valence parallèle à Γ-X, acquise avec des énergies de photons entrants de 80, 122 et 132 eV, correspondant à différentes impulsions perpendiculaires k _z comme indiqué par les courbes blanches dans (b). La structure de bande mesurée est superposée à la structure de bande LQSGW calculée pour le BaSnO₃ en vrac. Les bandes mesurées et calculées montrent un bon accord, avec une nette dispersion le long de k_z. b Carte d’intensité à l’énergie de Fermi dans le plan perpendiculaire à la surface de l’échantillon (k_x– k_z), mesuré avec des énergies de photons entrants allant de 20 à 145 eV. Aucune périodicité claire n’est évidente le long de k_z. Les carrés noirs indiquent les limites de la zone de Brillouin telles que déduites par la périodicité des bandes de valence indiquées dans le panneau (a), en utilisant les calculs LQSGW comme référence. Les circonférences rouges marquent la surface de Fermi en vrac attendue centrée sur les points Γ (c) Croquis illustrant la différence entre les surfaces de Fermi mesurées et calculées. La surface de Fermi en forme de sphère 3D calculée avec l’impulsion de Fermi k_F basée sur le dopage nominal du film est affichée en rouge, tandis que la mesure La surface de Fermi en forme de cylindre 2D avec k_F basée sur les résultats des mesures est affichée en vert. L’intensité ARPES suit la barre d’échelle de couleurs attachée. Crédit : Physique des communications (2022). DOI : 10.1038/s42005-022-01091-y” width=”800″ height=”449″/>

De nouveaux matériaux pourraient révolutionner la technologie informatique. Les recherches menées par des scientifiques de l’Institut Paul Scherrer PSI à l’aide de la source de lumière suisse SLS ont franchi une étape importante dans cette voie.

Les micropuces sont fabriquées à partir de silicium et fonctionnent sur le principe physique d’un semi-conducteur. Rien n’a changé ici depuis que le premier transistor a été inventé en 1947 dans les Bell Labs en Amérique. Depuis, les chercheurs ont prédit à plusieurs reprises la fin de l’ère du silicium, mais ils se sont toujours trompés.

La technologie du silicium est très vivante et continue de se développer à un rythme rapide. Le géant de l’informatique IBM vient d’annoncer le premier microprocesseur dont les structures de transistors ne mesurent que deux nanomètres, soit l’équivalent de 20 atomes adjacents. Alors, quelle est la prochaine étape ? Des structures encore plus petites ? Vraisemblablement – pour cette décennie, au moins.

Parallèlement, de nouvelles idées voient le jour dans les laboratoires de recherche autour d’une technologie révolutionnaire qui pourrait bouleverser tout ce que l’on croit savoir sur la microélectronique. L’équipe de Milan Radovic est l’un des fleurons de ce domaine de recherche. Milan Radovic travaille à l’Institut Paul Scherrer et son équipe vient de publier un article dans la revue Physique des communications présentant des résultats sensationnels issus de la recherche de pointe sur les oxydes transparents (TO) qui pourraient ouvrir d’énormes perspectives pour cette nouvelle technologie.

Puces innovantes

Radovic et ses co-auteurs Muntaser Naamneh et Eduardo Guedes, ainsi que le groupe de recherche Bharat Jalan de l’Université du Minnesota ne travaillent pas avec du silicium, mais avec des oxydes de métaux de transition (TMO). Ceux-ci présentent des propriétés exotiques et des phénomènes multifonctionnels tels que la supraconductivité à haute température, la magnétorésistance colossale, la transition métal-isolant et bien plus encore. Ce qui peut d’abord sembler déconcertant pour un profane promet d’énormes avancées pour la technologie des puces du futur.

Dans leur dernière publication, les chercheurs se concentrent sur l’oxyde de baryum et d’étain (BaSnO₃), un matériau qui combine la transparence optique avec une conductivité électrique élevée.

Les scientifiques tentent depuis un certain temps d’obtenir des propriétés de type semi-conducteur à partir de métaux de transition ainsi que d’oxydes transparents spéciaux tels que BaSnO₃ et le stannate de strontium (SrSnO₃). Par rapport au silicium, ils présentent des avantages révolutionnaires pour les éléments optoélectroniques : ces oxydes pérovskites, transparents et conducteurs, permettraient de créer des éléments de commutation aux propriétés électriques et optiques directement liées. Il est alors envisageable de réaliser des transistors commutables avec de la lumière.

La connaissance des interfaces est essentielle

Toutes les micropuces sont fabriquées à partir d’une combinaison de différentes substances. Pour comprendre leur fonction, il est important de savoir ce qui se passe dans les couches minces adjacentes, ou interfaces, entre ces matériaux, car les propriétés physiques de nombreux matériaux sont complètement différentes en surface par rapport à leur intérieur.

Des “phases exotiques” peuvent se produire aux interfaces des matériaux – une découverte faite par trois physiciens britanniques qui ont reçu le prix Nobel en 2016. L’article qui vient d’être publié décrit des avancées significatives dans la compréhension des propriétés électroniques à l’état de surface de BaSnO₃.

Les chercheurs ont utilisé la spectroscopie de photoémission à résolution angulaire sur la ligne de lumière de la source de lumière suisse SLS pour “découvrir l’état électronique bidimensionnel de BaSnO₃ qui ouvre de nouvelles perspectives pour cette classe de matériaux », déclare Eduardo Guedes.

Les chercheurs veulent maintenant découvrir quels autres matériaux présentent des propriétés similaires et pourraient être des candidats potentiels pour les micropuces optiques du futur.

Mais le silicium est loin d’être une technologie dépassée, déclare Milan Radovic. Il est en fait très développé et efficace. “Cependant, la technologie basée sur les oxydes de métaux de transition est beaucoup plus puissante et polyvalente – son heure viendra.”