Des chercheurs créent un fil électrique 10 000 fois plus fin qu’un cheveu

[Hinault Romaric]

Des chercheurs créent un fil électrique 10 000 fois plus fin qu’un cheveu
La mise au point des transistors de la taille d’un atome bientôt possible ?


Les chercheurs en voulant miniaturiser de plus en plus les composants électroniques, se heurtaient à un obstacle, car il devenait de plus en plus difficile pour une charge électrique de les traverser à cause d’augmentation de leur résistivité.

Un groupe de chercheurs de l’université de New South Wales en Australie a mis au point un fil conducteur 10 000 fois plus fin qu’un cheveu, possédant une conductivité pouvant transporter des charges électriques aussi bien que les fils de cuivre épais.

Les nanofils ont été construits en déposant des atomes de phosphore espacés de juste un nanomètre sur un cristal de silicium en utilisant la microscopie à effet tunnel. Les fils auraient une taille d’un atome de hauteur et de quatre atomes de largeur avec les mêmes capacités conductrices que le cuivre.

La microscopie à effet tunnel permet non seulement de visualiser des atomes individuellement, mais aussi de les manipuler et de les placer dans certaines positions.

Selon Bent Weber, l’un des chercheurs de l’équipe, le branchement de fil à cette échelle microscopique devrait être essentiel pour le développement des futurs circuits électroniques d’une taille atomique.

« La démonstration du transport électrique dans un fil si petit est un exploit » a déclaré Volker Schmidt, chercheur à l’institut Max Planck Institute of Microstructure Physics de Halle, en Allemagne. « Être capable de fabriquer des fils métalliques de telles dimensions par cette approche théorique de la microélectronique compatible pourrait être une voie potentiellement intéressante pour l’électronique à base de silicium ».

Les nanofils à point devraient permettre selon les chercheurs de créer des transistors ayant la taille d’un atome. Cependant, la construction d'un ordinateur quantique opérationnel demande également la création de fils et de branchements de taille atomique entre les composants et circuits.


Source : sciencemag


Et vous ?

Qu'en pensez-vous ?

[GCSX_]

aussi bien que les fils de cuivre épais.

Dis comme ça ça veut pas dire grand chose... Un fil en cuivre épais c'est à dire? 1 nanomètre? 1 millimètre?

Un fil de cuivre peut faire n'importe quelle taille et transporter des courants de plusieurs milliers d'Ampères pour les plus gros, voire même plus à des températures extrèmement basses (supra-condutcteurs).

Dans ce cas précis, il aurai été interessant d'avoir la valeur en Ampères (enfin je pense que c'est plutôt de l'ordre du micro ou du nano Ampère pour un fil de cette dimention) du courant admissible par le fil.

La tension maximale admissible doit être également limité (plus par la proximité des autres circuits mais limité quand même).

Bref, pour le moment on sait juste que la technologie est crée, mais on ne sais pas encore si elle sera utilisable pour faire un processeur...

[pcdwarf]

tout a fait d'accord avec le post precedent.

D'ailleurs, parle-t-on bien de fils au sens habituel ? (c'est a dire un conducteur relativement souple) parce que là, j'ai plutot l'impression qu'on parle de pistes sur un support dur comme sur les die de microprocesseurs.

[JeanMiG]

Entièrement d'accord sur les tensions et les courants.
Mais peu importe si la tension supportée est minime, et si l'intensité l'est également. Si cette technologie se confirme, et est utilisable à l'échelle industrielle, ça veut dire qu'on va pouvoir fabriquer des puces microscopiques, et les utilisations s'imaginent déjà. En effet dans le monde de l'électronique/informatique, on s'intéresse peu à la puissance électrique (sinon pour la dissiper), ce qui compte, c'est juste l'information. Donc une techno qui permet de réaliser des circuits imprimés, des transistors, des puces, à très faible courant, permettra de fabriquer des systèmes autonomes / systèmes embarqués plus petits et plus légers, réduire la taille des batteries (ou prolonger l'autonomie), alléger (voire supprimer) les dissipateurs (plus besoin de ventillos ni de radiateurs). Applications immédiates dans les drones (hélicoptère de la taille d'une mouche), dans les mobiles, dans les robots d'exploration(médical), dans le satellitaire (où le poids est l'ennemie n° 1), etc...
Donc bravo à cette équipe, un nouveau monde s'ouvre. Et il va falloir bosser pour industrialiser tout ça.

[JeitEmgie]

Envoyé par JeanMiG

Mais peu importe si la tension supportée est minime, et si l'intensité l'est également.

"Peu importe" c'est vite dit :
il faut quand même que cette tension maximum supportée par le nano-fil soit supérieure à la tension minimum que le circuit qui sera au bout, sera capable de détecter pour considérer qu'il y ait un changement d'état… sinon pas d'électronique : on aura toujours "des bits à zéro" si on n'est pas capable de mesurer la tension autrement que par des dispositifs de laboratoire.

[xurei]

Envoyé par JeitEmgie

"Peu importe" c'est vite dit :
il faut quand même que cette tension maximum supportée par le nano-fil soit supérieure à la tension minimum que le circuit qui sera au bout, sera capable de détecter pour considérer qu'il y ait un changement d'état… sinon pas d'électronique : on aura toujours "des bits à zéro" si on n'est pas capable de mesurer la tension autrement que par des dispositifs de laboratoire.

A mon avis, ils ne l'auraient pas annoncé si ces fils ne pouvaient pas transmettre suffisamment de tension pour être détectée...

+1 pour le fil de cuivre. Si ce genre de fils sont comparables à un file d'un ou deux millimètres, ça pourarit même régler le problème de la pénurie de cuivre ! Par contre, ça risque de coûter plus cher.

Qu'en est-t-il de la résistivité de ce genre de fils ?

[Odyssyme]

Je suis totalement d'accord avec les posts précédents : l'information est forcément transmissible par ces petit fils, sans quoi cette publication n'aurait aucun intérêt.
Cependant un élément me turlupine : on peu consommer toujours moins d'énergie en augmentant la sensibilité des détecteurs et en réduisant les plages de fonctionnement des porteurs de l'information. Mais n'y a-t-il pas un moment où la sensibilité des détecteurs sera telle qu'ils capterons une part non négligeable des bruits éléctromagnétiques de l'environement?
Enfin, les chercheurs ont certainement déjà pensé à ca, mais il me semble que c'est une limitation technique à laquelle on ne pense pas très souvent.

[TheGzD]

Mais n'y a-t-il pas un moment où la sensibilité des détecteurs sera telle qu'ils capterons une part non négligeable des bruits éléctromagnétiques de l'environement?

Bienvenue dans le monde réel !
Tout appareil est soumis à des interférences électromagnétiques (à moins qu'il ne soit isolé dans un cage de Faraday) et ces interférences sont rarement négligeables et nécessite la mise en place de filtres. Et en effet quand les perturbations finissent par être plus intenses que ce qu'on veut mesurer on a un grave problème et il convient d'être rusé (méthode statistiques, caractère périodique des perturbations, etc ...). Il s'agit là de problèmes bien connus et pris en compte dès le début de réflexion.

[Freem]

Si on parle de façon très théorique, (de "composants parfaits") certaines puces (je pense aux ADI) n'ont pas besoin d'intensité en entrée, juste de tension.
Tension qui dépend du composant.
Le problème, c'est que dans la pratique, les composants parfaits ça n'existe pas.
De même qu'un bit à 1 n'est pas forcément à une valeur pile de tension, d'ailleurs. Et si mes (lointains) souvenirs d'électronique sont bons, il existe une plage de tension dans laquelle la valeur est indéterminée (ni 0, ni 1).
(Bon, après, ce n'était que des cours de bac STI électronique)

Donc, dire qu'on se fout des caractéristiques du signal transmis... d'autant que plus on tombe dans les valeurs basses, plus la pollution est gênante. Autant on se moque d'un delta de 5mV et 0.3mA sur des lignes à haute tension, autant en électronique c'est très gênant.
Mais la pollution est aussi affectée par la taille du fil: plus il est cours, moins il ramasse.
Si le fil est épais d'un atome, il pourrait aussi n'être long que de 10, et donc réduire la pêche aux émissions électromagnétiques des appareils (ou composants) voisins.

Au passage: plus un conducteur est petit, plus il chauffe si on applique un signal identique. Si les processeurs d'aujourd'hui consomment de moins en moins, j'imagine que c'est aussi parce que l'on est capable de traiter des signaux de plus en plus faibles, donc moins de besoin énergétique, donc moins d'effet joule.
Pour ceux qui avaient un PC au début des années 90, souvenez-vous: les PC étaient-ils aussi bardés de ventilateurs qu'aujourd'hui? Pas celui que mon père avait, en tout cas, il n'y avait qu'un vulgaire dissipateur thermique.
Et plus le temps passe, plus les ventilos grossissent j'ai remarqué. Hasard? J'en doute fort...

[xurei]

Envoyé par Freem

Au passage: plus un conducteur est petit, plus il chauffe si on applique un signal identique.

Ce n'est que partiellement vrai : change le matériau, et tu as de nouvelles propriétés, dont la résistivité (d'où ma question à ce sujet). Si la résistivité de ce matériau est très faible, on peut alors diminuer la taille d'un composant sans en augmenter la dissipation thermique, car il utilisait auparavant un matériau différent.

Evidemment, si tu gardes la même taille mais que tu change le matériau, tu réduis la dissipation thermique. Tu peux donc y gagner sur les deux plans, tu choisis l'un ou l'autre selon le contexte d'utilisation du composant.

[JeitEmgie]

Envoyé par xurei

A mon avis, ils ne l'auraient pas annoncé si ces fils ne pouvaient pas transmettre suffisamment de tension pour être détectée...

mais la question "autrement que par des dispositifs de laboratoire…" reste ouverte…
il faudrait voir l'article complet pas seulement le résumé pour savoir ce qu'ils détectent exactement…

[Freem]

Envoyé par JeitEmgie

mais la question "autrement que par des dispositifs de laboratoire…" reste ouverte…
il faudrait voir l'article complet pas seulement le résumé pour savoir ce qu'ils détectent exactement…

Perso j'ai la flemme d'aller lire tout l'article, mais si tu veux il y à le lien dans le résumé
Sinon, vu que la technologie viens de sortir, ça me semble logique qu'il n'y ait pas encore de moyens de l'exploiter. Le jour ou on à découvert l'énergie atomique, il n'y avait pas encore moyen de l'exploiter, il à fallu le développer.

En tout cas, voici ce que dis le résumé de l'article originel concernant les caractéristiques électriques de ce "fil":

. We report on the fabrication of wires in silicon—only one atom tall and four atoms wide—with exceptionally low resistivity (~0.3 milliohm-centimeters) and the current-carrying capabilities of copper.

=> la dernière ligne dis: ça donne les capacités actuelle de transport du cuivre. La résistivité étant calculée en fonction de la section du fil, on peut pas comparer avec les valeurs que l'on connaît actuellement.

J'ai aussi lu vite fait les 2 1ers paragraphes, et il semblerait (pas vraiment tout compris, y'a énormément de formules auxquelles je pige rien) que cette recherche soit à l'origine dans le but de voir si la loi ohmique est toujours valide au stade de l'atome.

D'ailleurs, les valeurs de tension dont ils parlent à la moitié de l'article sont de l'ordre de 500µV, par contre, pas sûr du tout que ça s'applique au fil d'atomes...

[jalbert]

voire même plus à des températures extrèmement basses (supra-condutcteurs)

Les cuivre n'est pas supra-conducteur , et généralement aucun 'bon' conducteur n'est supra conducteur... En plus quand tu passe en été supra conducteur R=0 (pas très petit mais bien égal...) ce qui veux dire en somme qui tu peux passer tout le courant que tu veux dans ton conducteur sans aucune perte ... ( on est en réalité limité par le champs magnétique critique du matériaux mais c'est une autre histoire ...)

aussi bien que les fils de cuivre épais.

Je suis d'accord que ça n'a pas bcps de sens mais, ce qui est dit juste avant dans l'abstract anglaise c'est que la résistance est indépendante du diamètre du 'fils' en d'autre terme on a un fils d'une épaisseur de quelque nm avec un résistivité de 0.3 miliohm cm, (0.0017 pour le cuive sauf erreur).

Si ce genre de fils sont comparables à un file d'un ou deux millimètres, ça pourarit même régler le problème de la pénurie de cuivre ! Par contre, ça risque de coûter plus cher.

On parle ici de quelque atomes mis en enfilade avec un stm sur un plaque de silicium en d'autre mots on a une fils collé au silicium, c'est pas du tout comme un fils de cuivre... Et puis le couts pour fait 1m d'un tel fils serais exorbitant tu t'imagine bouger à la main (enfin au stm), un a un, 10^9 atomes de phosphore pour avoir à peine 1m de câble ?

[Freem]

Exorbitant juste tant que le procédé n'est pas industrialisé.
Une fois industrialisé le temps de fabrication peut être drastiquement réduit, et on peut alors profiter de la diminution de consommation matérielle.

Mais bon, ça me paraît évident que ce n'est pas fait pour faire de l'électricité de puissance, qui nécessitera toujours des matériaux relativement imposants je pense.