Germain
SCIENTISTS RÉUSSISSENT À CAPTURER LES PREMIERES IMAGES ULTRARAPIDES DES SWITCHES ÉLECTRONIQUES
Menlo Park, Californie – Les circuits électroniques qui calculent et stockent des informations contiennent des millions de petits interrupteurs qui contrôlent le flux de courant électrique. Une meilleure compréhension du fonctionnement de ces petits interrupteurs pourrait aider les chercheurs à repousser les limites de l’informatique moderne.
Maintenant, des scientifiques ont réussi à prendre les premières images d’atomes en mouvement à l’intérieur d’un de ces interrupteurs lorsqu’il s’allume et s’éteint. Parmi d’autres découvertes, ils ont découvert un état éphémère à l’intérieur de l’interrupteur qui pourrait un jour être exploité pour des dispositifs informatiques plus rapides et plus économes en énergie.
LE DISPOSITIF ÉTUDIÉ
L’équipe de recherche, composée de scientifiques du SLAC National Accelerator Laboratory, de l’Université Stanford, des Hewlett Packard Labs, de l’Université Penn State et de l’Université Purdue, a décrit son travail dans un article publié dans la revue Science aujourd’hui. Ils ont utilisé la diffraction électronique ultra-rapide pour observer un interrupteur électronique en action.
Pour cette expérience, l’équipe a conçu sur mesure des petits interrupteurs électroniques en vanadium dioxide, un matériau quantique prototypique dont la capacité à passer de l’état isolant à l’état conducteur près de la température ambiante pourrait être exploitée comme interrupteur pour l’informatique future. Le matériau présente également des applications dans l’informatique inspirée par le cerveau en raison de sa capacité à créer des impulsions électroniques qui imitent les impulsions neuronales du cerveau humain.
LES RÉSULTATS DE L’ÉTUDE
Les chercheurs ont utilisé des impulsions électriques pour basculer ces interrupteurs entre les états isolants et conducteurs tout en prenant des instantanés montrant des changements subtils dans l’arrangement de leurs atomes sur des milliardièmes de seconde. Ces instantanés, pris avec la caméra de diffraction électronique ultra-rapide du SLAC, MeV-UED, ont été assemblés pour créer un film moléculaire des mouvements atomiques.
Avec cette caméra, l’équipe a découvert un nouvel état intermédiaire à l’intérieur du matériau. Cet état est créé lorsque le matériau passe de l’état isolant à l’état conducteur en réponse à une impulsion électrique.
Cet état intermédiaire, bien qu’il ne dure que quelques millionièmes de seconde, est stabilisé par des défauts dans le matériau. Les chercheurs étudient maintenant comment concevoir ces défauts dans les matériaux pour rendre cet état nouveau plus stable et durable. Cela leur permettra de créer des dispositifs dans lesquels la commutation électronique peut se produire sans aucun mouvement atomique, ce qui permettrait un fonctionnement plus rapide et nécessitant moins d’énergie.
IMPLICATIONS POUR L’AVENIR DE L’INFORMATIQUE
Les résultats de cette étude démontrent la résistance de la commutation électrique sur des millions de cycles et identifient les limites possibles des vitesses de commutation de tels dispositifs. Les données fournies par cette recherche sur les phénomènes microscopiques qui se produisent pendant le fonctionnement des dispositifs sont essentielles pour la conception de modèles de circuits à l’avenir.
De plus, cette recherche offre une nouvelle façon de synthétiser des matériaux qui n’existent pas dans des conditions naturelles, permettant aux scientifiques de les observer à des échelles de temps ultra-rapides et de potentiellement ajuster leurs propriétés.
En combinant des idées des domaines traditionnellement distincts de l’ingénierie électrique et de la science ultra-rapide, cette approche ouvre la voie à la création de dispositifs électroniques de nouvelle génération qui peuvent répondre aux besoins croissants du monde en matière d’informatique intensive en données et intelligente.
Pour en savoir plus sur cette recherche, vous pouvez consulter l’article publié dans la revue Science.
Sources:
– Communiqué de presse SLAC National Accelerator Laboratory: [lien](https://www6.slac.stanford.edu/news/2021-08-19-scientists-take-first-snapshots-ultrafast-atomic-motions-inside-switch.aspx)
– Article scientifique publié dans Science: [lien](https://science.sciencemag.org/content/373/6557/857)
