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Des composants nanoélectroniques en carbone

Une équipe de recherche de l'Institut Niels Bohr, de l'Université de Copenhague, a fait une découverte qui pourrait être d'importance pour les composants nanoélectroniques. Elle a montré, en collaboration avec des chercheurs japonais, que les électrons de fins tubes de graphite possèdent une interaction unique entre leurs mouvements et leur champ magnétique associé, c'est-à-dire leur spin. Cette découverte ouvre la voie à un contrôle sans précédent du spin des électrons, et aura des répercussions dans le domaine de la nanoélectronique basée sur le spin. Les résultats ont été publiés dans la revue scientifique Nature Physics.

Le carbone est un matériau quasi universel. Il est à la base de tous les organismes vivants, mais également prisé pour sa beauté et sa dureté sous forme de diamant et pour sa couleur noire dans les crayons sous forme de graphite. Il pourrait également être à la base des ordinateurs du futur, lorsque les composants électroniques pourront être faits d'une couche de graphite de l'épaisseur d'un atome, comme cela a été réalisé pour la première fois en laboratoire en 2004 (ces travaux ont d'ailleurs été récompensés l'année dernière par le prix Nobel de physique).

En plus de leur charge, tous les électrons ont aussi un champ magnétique, appelé spin. Il faut s'imaginer que tous les électrons gravitent autour d'un aimant en forme de bâton. Le spin des électrons serait potentiellement une bonne base pour les puces d'ordinateur du futur, mais leur développement a été freiné par la difficulté à maîtriser et mesurer le spin des électrons. Or, lorsqu'ils sont sous forme de couche fine de graphite, les électrons de carbone ne sont pas influencés dans leurs mouvements par leur spin, et les aimants en forme de bâtons sont dirigés dans toutes les directions. Le graphite n'a ainsi jamais été un vrai sujet pour l'électronique basée sur le spin.

"Nos résultats montrent cependant que, si la couche de graphite est tubulaire, d'un diamètre de quelques nanomètres, le spin de chaque électron est soudainement fortement influencé par le spin de ses voisins. Comme les électrons sont de plus forcés à se mouvoir uniquement en cercle autour du tube, tous les spins se font ainsi autour du tube", expliquent Thomas Sand Jespersen et Kasper Grove-Rasmussen, du centre de Nanoscience à l'Institut Niels Bohr.

On supposait précédemment que ce phénomène ne pouvait avoir lieu que dans le cas très particulier d'un électron faisant partie d'un tube de carbone flottant dans le vide, une situation très difficile à avoir en réalité. Ces résultats montrent que ce phénomène se produit également dans des situations bien plus proches de la réalité, où le tube de carbone se trouve dans une atmosphère réelle, et où il possède son lot d'imperfections et d'impuretés.

La relation entre le mouvement et le spin est calibrée pour envoyer un courant électrique dans le tube, dans lequel le nombre d'électrons peut être contrôlé à l'unité. Les deux chercheurs danois expliquent que des recherches précédentes ont montré qu'il était possible d'augmenter l'effet ou de le couper, en fonction du nombre d'électrons présents dans le tube. Cela ouvre évidemment bien des portes pour le contrôle et l'utilisation du spin d'un électron.

BE

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