Des chercheurs financés par l'UE fabriquent un supraconducteur à partir d'un «vieux» matériau semi-conducteur
Des chercheurs en Allemagne sont parvenus à faire du germanium, un élément semi-conducteur, un matériau supraconducteur. Les résultats, publiés dans la revue Physical Review Letters, auront une incidence sur le domaine de la nanoélectronique et le développement d'ordinateurs innovants. L'étude a bénéficié d'un soutien partiel du projet EuroMagNET («A coordinated approach to access, experimental development and scientific exploitation of European large infrastructures for high magnetic fields») financé à hauteur de 3,68 millions d'euros au titre du domaine thématique «Infrastructures» du sixième programme-cadre (6e PC). Les semi-conducteurs permettent le passage du courant électrique et sont utilisés dans la fabrication de dispositifs électroniques tels que les transistors radio, les puces informatiques et les panneaux solaires. La supraconductivité, observée pour la première fois en 1911, est un phénomène de mécanique quantique qui décrit la capacité d'un matériau à transporter un courant électrique extrêmement rapidement sans aucune résistance électrique. Ce phénomène se déroule dans des conditions de températures très basses (légèrement supérieures à -273 degrés C, ou 0 Kelvin) ou sous très haute pression. Les chercheurs ont tenté de trouver un élément offrant des propriétés électroniques sûres et prévisibles. L'élément devait être chimiquement pur et posséder une structure cristalline sans défaut car les impuretés ou défauts, mêmes minimes, ont un impact important sur la conductivité du matériau. C'est la raison pour laquelle des méthodes spéciales sont actuellement utilisées pour fabriquer et purifier le cristal. Le silicium et le germanium sont des semi-conducteurs «purs», autrement dit des éléments pouvant être transformés en matériau conducteur après ajout d'atomes étrangers dans leur structure cristalline grâce à un procédé appelé «dopage». Dans l'étude actuelle, menée par le Centre de recherche Dresde-Rossendorf (FZD) en Allemagne, des échantillons de germanium ont été dopés avec près de six atomes de gallium pour 100 atomes de germanium. Les chercheurs ont choisi le gallium car c'est un élément plus soluble que le bore dans le cas du dopage de germanium (on avait utilisé le bore en association au silicium dans des études antérieures). Les travaux ont permis d'obtenir une couche supraconductrice de germanium d'une épaisseur de 60 nanomètres. Les expériences de suivi ont montré que la supraconductivité du germanium pouvait être reproduite et que la température à laquelle les éléments devenaient supraconducteurs pouvait être augmentée. Néanmoins, le procédé de dopage engendre des dommages sur la structure réticulaire du cristal de germanium; aussi faut-il procéder à des techniques de réparation afin que la couche puisse être utilisée. Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé un équipement de recuit à lampe flash qui permet de réparer la structure réticulaire du cristal grâce à un réchauffement rapide de la surface sans pour autant perturber la distribution des atomes «dopants». Le nouveau matériau est très prometteur, notamment car il devient supraconducteur à une température supérieure au zéro absolu: les échantillons de germanium dopés au gallium ont atteint un niveau de supraconductivité optimale à environ 0,5 Kelvin. Les chercheurs espèrent pouvoir augmenter cette température grâce à des expériences en collaboration futures, qui permettront de perfectionner l'implantation d'ions et le processus de recuit. Les résultats sont surprenants car le germanium n'était pas considéré comme un matériau aussi prometteur que le silicium ou le diamant; bien qu'il ait été utilisé dans la première génération de transistors, il a rapidement été supplanté par le silicium. Ce nouveau regain d'intérêt pour le germanium est dû à la taille toujours plus compacte des transistors et des micro-puces: les transistors nécessitent des couches d'oxyde extrêmement fines, et l'oxyde de silicium n'est pas réellement efficace sur une aussi petite échelle. L'utilisation du germanium pour la fabrication des puces d'ordinateurs permet de générer des processus plus rapides tout en pouvant être davantage miniaturisé dans le cadre d'applications micro- et nanoélectroniques.
Pays
Allemagne