L’observation de la traînée de Coulomb 1D entre des bords QSH adjacents séparés par un entrefer

L'observation de la traînée de Coulomb 1D entre des bords QSH adjacents séparés par un entrefer

La traînée de Coulomb 1D dans les circuits topologiques. Crédit : Du et al.

Deux facteurs importants limitant la loi de Moore sont la consommation d’énergie et les interactions de Coulomb. Les interactions de Coulomb sont des interactions entre des charges électriques qui suivent la loi de Coloumb, une théorie de l’électrodynamique.

Ces interactions peuvent être un enjeu majeur pour le développement de circuits nanoélectroniques. Les isolants Quantum Spin Hall (QSH) sont des matériaux particulièrement prometteurs pour le développement de l’électronique de faible puissance, mais jusqu’à présent, l’impact des interactions de Coulomb sur les nanocircuits fabriqués par ces matériaux n’a été examiné que théoriquement, plutôt qu’expérimental.

Des chercheurs de l’Université de Nanjing et de l’Université de Pékin ont récemment observé une traînée coulombienne unidimensionnelle (1D) entre des bords QSH adjacents séparés par un entrefer. Leur article, publié en Nature Électronique, met en évidence le potentiel des effets QSH pour supprimer les effets néfastes des interactions de Coulomb sur les performances des nanocircuits.

« L’état de bord hélicoïdal sans dissipation 1D, qui a été observé dans les isolateurs Hall à spin quantique, pourrait résoudre les problèmes de consommation d’énergie dans les circuits intégrés », a déclaré à TechXplore Lingjie Du, l’un des chercheurs qui a mené l’étude. « Cependant, si deux états de bord sont très proches (~ nanomètre) dans le circuit, les effets de Coulomb peuvent toujours affecter les performances du circuit. Pour comprendre l’effet des interactions de Coulomb entre les bords voisins, nous avons conçu et réalisé les expériences de traînée de Coulomb rapportées dans notre article. « 

Tout d’abord, Du et ses collègues ont réalisé un entrefer entre les bords QSH dans des dispositifs à barre H divisés placés dans des puits quantiques InAs/GaSb inversés, en utilisant deux techniques connues sous le nom de lithographie par faisceau d’ions focalisé et de gravure d’ions réactifs. L’entrefer qu’ils ont créé avait la constante diélectrique la plus faible possible, ce qui produit de fortes interactions de Coulomb.

« Grâce à l’entrefer dans les dispositifs à barre en H divisé, nous avons pu observer pour la première fois une traînée de Coulomb 1D dans des isolants topologiques et avons découvert que les protections topologiques pouvaient supprimer les effets de Coulomb entre les bords voisins. » Du dit. « C’est une observation importante, car cela signifie que nous pourrions utiliser des bords topologiques pour construire des circuits intégrés. »

La récente étude menée par cette équipe de chercheurs pourrait avoir plusieurs implications importantes. Premièrement, l’observation de la traînée de Coulomb 1D dans les isolants topologiques pourrait permettre le développement de circuits intégrés plus avancés qui consomment moins d’énergie, tout en réduisant l’espacement entre les fils de circuit et en atteignant potentiellement une plus grande densité d’emballage des dispositifs électroniques sur les circuits intégrés.

Du et ses collègues ont également observé pour la toute première fois la présence du point dit de Dirac dans les états de bord hélicoïdaux 1D, dépassant ainsi l’objectif initial de leur étude. Ils ont découvert que près du point de Dirac (c’est-à-dire le point où se rencontrent les bandes de conduction et de valence à dispersion linéaire), les signaux de traînée négative dominent à basse température et présentent une dépendance à la température non monotone.

Essentiellement, cette découverte suggère que différents mécanismes de traînée entrent en compétition et s’annulent à des températures plus élevées. À l’avenir, les résultats des chercheurs pourraient ainsi également améliorer la compréhension actuelle de la physique fondamentale derrière les phases topologiques.

« L’objectif pour de nombreux chercheurs dans le domaine est d’identifier des matériaux topologiques qui peuvent fonctionner à température ambiante », a ajouté Du. « Avec les bons matériaux, il peut devenir possible de connecter l’électronique avec des fils topologiques, qui devraient consommer moins d’énergie et permettre des densités d’emballage plus élevées que les technologies actuelles. »


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Plus d’information:
Coulomb traîne dans des fils topologiques séparés par un entrefer. Nature Électronique(2021). DOI : 10.1038 / s41928-021-00603-y.

© 2021 Réseau Science X

Citation: L’observation de la traînée 1D Coulomb entre les bords QSH adjacents séparés par un entrefer (2021, 5 juillet) récupéré le 5 juillet 2021 à partir de https://techxplore.com/news/2021-07-1d-coulomb-adjacent-qsh-edges .html

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