Des redresseurs mono-moléculaires

La loi de Moore a tenu la route un bon moment, le nombre de transistors et la puissance de calcul augmentant alors que les prix diminuaient. Elle atteint cependant ses limites, principalement à cause des restrictions imposées par l'électronique sur silicium. L'électronique moléculaire est l'une des solutions les plus prometteuses, notamment avec des redresseurs mono-moléculaires. Les nanomatériaux à base de carbone sont au premier plan d'une nouvelle technique de traitement de l'information. Le projet CARBOTRON («Carbon-based nanoelectronics»), financé par l'UE, a utilisé la modélisation à plusieurs échelles pour étudier les caractéristiques de ces matériaux, un préalable à leur exploitation.

L'équipe a étudié les redresseurs nanométriques de l'électronique moléculaire, qui forment la base de nouveaux systèmes informatiques. Les chercheurs ont découvert un nouveau mécanisme de la spintronique sur base carbone, l'électronique du transport de spin, qui exploite le spin des électrons (ou plus généralement de noyaux) à la place ou en sus de la charge. Ces découvertes ont conduit à trois publications dans des revues scientifiques à comité de lecture.

Les chercheurs ont poursuivi d'autres travaux théoriques avec des matériaux à base de carbone, notamment l'étude d'un nanobambou. Cette structure unique est faite de nanotubes de carbone qui diffèrent par le diamètre et l'angle d'hélicité (la chiralité), un peu comme de longues tiges de bambou qui ont poussé à l'intérieur de nanotubes plus gros. La modélisation a orienté les travaux vers une méthode pour déterminer la structure stable.

Les chercheurs ont alors appliqué des méthodes à nombreux corps pour montrer que les valeurs prévues pour la bande interdite de molécules de carbone unidimensionnelles étaient compatibles avec les valeurs mesurées expérimentalement.

Le projet CARBOTRON a dépassé son cadre initial et étudié des matériaux à petit nombre de dimensions similaires à ceux de ses objectifs initiaux. Citons ainsi le silicène, l'équivalent du graphène mais fait d'atomes de silicium, le silicane (du silicène hydrogéné) et le germanane (à base de germanium). La modélisation a démontré l'immense potentiel de ces matériaux en nanoélectronique, grâce à leurs excellentes propriétés physiques. Le projet a publié sept articles de plus sur ces sujets.

Au total, les scientifiques ont publié 14 articles dans des revues très renommées à comité de lecture, et plusieurs articles ont été cités de nombreuses fois depuis lors. Le projet CARBOTRON a ajouté une pierre importante aux fondations des futurs systèmes informatiques, démontrant le potentiel de l'électronique moléculaire pour dépasser les limitations actuelles de la loi de Moore.