Cienciaes.com : Transistors moléculaires. Nous avons parlé avec Alvar Rodríguez Garrigues.

Les appareils électroniques sont devenus des amis indissociables dans nos vies, partout où nous allons, les téléphones portables, les ordinateurs, les tablettes, etc. nous accompagnent. À la base de tous ces dispositifs se trouvent des circuits électroniques de plus en plus petits et sophistiqués, des circuits équipés de dispositifs qui atteignent des dimensions qui se rapprochent de plus en plus de celles des molécules et des atomes. Un élément essentiel de tout circuit électronique est le transistor. Fondamentalement, il s’agit d’un appareil capable de contrôler à volonté le courant qui le traverse. Cette capacité peut être traduite en langage binaire, « 1 » si le courant passe ou « 0 » s’il ne passe pas. Associé à d’autres composants, le transistor peut remplir n’importe quelle fonction, interrupteur, redresseur, amplificateur de signal, stockage de données, communication, etc.

Le premier transistor a vu le jour en 1947 et, depuis, il a révolutionné la vie des êtres humains. Ce premier transistor était un élément peu attrayant, mesurait plusieurs centimètres et ressemblait davantage à une sculpture surréaliste dans laquelle des câbles, des fils, un morceau de plastique triangulaire avec des connecteurs en or et un cristal de germanium posé sur une base en or étaient rassemblés de manière désordonnée. métal. Mais l’engin fonctionnait et, en outre, il était beaucoup plus petit que les tubes à vide qui, jusqu’alors, effectuaient la même tâche. Son succès fut tel que neuf ans plus tard, en 1956, le comité Nobel décerna le prix de physique à William Bradford Shockley, John Bardeen et Walter Houser Brattain « pour leurs recherches sur les semi-conducteurs et la découverte de l’effet transistor ».

Le transistor a connu une ascension fulgurante. Au fil du temps, les techniciens ont réussi à concevoir et à construire des appareils de plus en plus petits, une progression que le co-fondateur de INTEL, Gordon E. Moore, défini sous forme de loi. La loi de Moore prévoyait que le nombre de transistors intégrés dans un microprocesseur, par unité de surface, doublerait tous les deux ans. Jusqu’à présent, cette prédiction s’est réalisée et actuellement, 2 milliards de transistors peuvent être intégrés dans un centimètre carré.

Cependant, la loi de Moore ne peut pas être respectée indéfiniment : avec le temps, les dimensions des transistors deviennent si petites qu’il viendra un moment où ils devront rivaliser en taille avec les molécules et les atomes. Ensuite, comme Moore lui-même l’a dit plus tard, de nouvelles technologies devront apparaître pour nous permettre de surmonter cet obstacle. L’une de ces technologies est celle que nous explique aujourd’hui notre invité, Alvar Rodríguez Garrigues, physicien qui a terminé sa thèse de doctorat sur transistors moléculaires au Département de physique de l’Université de Floride centrale à Orlando et travaille actuellement au Portland Technology Development Center de l’entreprise INTEL.

Alvar Rodríguez raconte au cours de l’interview comment, pendant six ans, il recherchait un transistor dont le noyau n’est plus un cristal dopé au silicium ou au germanium, comme ceux actuels, mais une seule molécule, oui, ce n’est pas n’importe quelle molécule. été spécialement conçu pour imiter le comportement d’un transistor conventionnel. La molécule utilisée lors de la recherche doctorale s’appelle « ferrocène » et est constituée d’un atome de fer enfermé entre des chaînes d’atomes de carbone. Si un courant composé d’un nombre immense d’électrons peut circuler à travers un transistor conventionnel, dans le transistor moléculaire, construit avec la molécule de ferrocène, les électrons passent un à un, régis par les lois de la physique quantique.

Construire un transistor moléculaire constitue un défi impressionnant car, même avec les microscopes les plus sophistiqués, il est impossible de l’observer directement. Alvar nous raconte les détails de la construction et de la manipulation du transistor moléculaire ; des nanofils d’or utilisés comme connecteurs ; les difficultés d’ouvrir un espace entre les connecteurs et de placer la molécule de ferrocène dans l’espace ; et, une fois réalisée, la complexité de mesurer les caractéristiques électriques du dispositif, car ces mesures doivent être effectuées dans des conditions de température proches du zéro absolu (-273ºC). Tout cela pour étudier les transistors qui, éventuellement, feront partie des dispositifs électroniques qui seront utilisés dans le futur.

Alvar Rodríguez ne parle pas seulement des transistors moléculaires au cours de l’interview, il nous offre également l’histoire humaine de l’étudiant qui quitte l’Espagne, où il a étudié les sciences physiques à l’Université Complutense de Madrid, et part aux États-Unis grâce à une bourse. Une fois là-bas, il entame un parcours qui lui permet de faire des recherches sur les transistors moléculaires pendant 6 ans à l’Université de Floride centrale, à Orlando, et finalement, après avoir lu sa thèse de doctorat, il est recruté par l’entreprise. INTEL.

Je vous invite à écouter Alvar Rodríguez Garrigues, docteur en physique de l’Université de Floride centrale, actuellement au Portland Technology Development Center, INTEL.

Les références:

AR Garrigues et al., Un modèle de tunnel à un seul niveau pour prendre en compte le transport électrique à travers des jonctions à base de molécules uniques et auto-assemblées à base de monocouche. Rapports scientifiques, Nature.

AR Garrigues et al., Contrôle électrostatique de l’effet tunnel dépendant de la température à travers une jonction à molécule unique. Nature Communications volume 7, Numéro d’article : 11595 (2016)