Un nano-outil pourrait transformer notre définition du courant électrique
Des chercheurs du Royaume-Uni ont mis au point un nouveau nanodispositif qui pourrait révolutionner la façon dont on définit actuellement le courant électrique. Présentée dans la revue Nature Communications, cette étude montre que le fait d'utiliser des formes d'onde spécialement conçues à cet effet peut accroître la précision d'une pompe de points quantiques semiconducteurs. Les scientifiques du laboratoire physique national (NPL - National Physical Laboratory) et l'université de Cambridge ont mis au point des courants électriques à l'aide de nanodispositifs. La pompe électrique peut sélectionner un seul électron à la fois puis lui faire passer une barrière par la suite. En résulte un courant électrique bien défini. D'après les chercheurs, ce dispositif innovant traite les électrons uniques de façon à stimuler le courant électrique. Ce développement pourrait potentiellement remplacer l'ampère d'aujourd'hui, qui dépend des mesures de forces mécaniques sur les câbles conducteurs de courant. L'équipe a testé la forme exacte des impulsions de tension qui manipulent le piégeage et l'éjection des électrons. Ils sont parvenus à accélérer le taux général de pompage sans perdre de précision; en effet, ils ont tout d'abord changé la tension lentement tout en piégeant les électrons, puis ils ont changé la tension rapidement en les éjectant. Le résultat? Ils ont pompé presque un milliard d'électrons par seconde, équivalant à une augmentation de l'ordre de 300 fois par rapport au dernier enregistrement d'une pompe à électron précise, établie par l'Institut américain des normes et de la technologie (NIST, pour National Institute of Standards and Technology) il y a 16 ans. Ils ont calculé le courant avec une précision d'une partie par million, malgré que le courant en résultant se soit révélé faible, atteignant les 150 picoampères (soit 10 milliards de fois plus faible que le courant utilisé lorsqu'une bouilloire est en ébullition). Ce résultat sans précédent est une véritable bénédiction pour les chercheurs qui étudient le contrôle précis et rapide d'électrons uniques, et il pourrait mener à la redéfinition de l'unité ampère. «Notre dispositif est semblable à une pompe à eau dans le sens qu'il produit un flux par le biais d'une action cyclique», expliquait le co-auteur Masaya Kataoka du Quantum Detection Group au NPL. «Le seul problème est de s'assurer que l'on transporte exactement le même nombre de charge électronique sur chaque cycle. La façon dont les électrons de notre dispositif se comportent est assez semblable à l'eau; si vous essayez de transvaser un certain volume d'eau, disons dans une tasse ou une cuillère, vous devez vous déplacer lentement au risque de tout renverser. C'est exactement ce qu'il se passait avec nos électrons si l'on allait trop vite.» En commentant la recherche, l'auteur principal Stephen Giblin du Quantum Detection Group du NPL, déclarait: «Ces dernières années, nous avons oeuvré à optimiser la conception de notre dispositif, mais nous avons fait un énorme bond en avant lorsque nous avons finalisé la séquence temporelle. Nous avons littéralement augmenté de trois cent fois le record de précision dans la conduction d'un électron unique. «Le transport des électrons un par un n'a rien de nouveau, mais nous pouvons aujourd'hui le faire beaucoup plus rapidement, et avec une fiabilité très accrue - un milliard d'électrons par seconde, avec la précision de moins d'une erreur par million d'opérations. Utiliser des forces mécaniques pour définir l'ampère a beaucoup servi ces quelque 60 dernières années, mais désormais nous disposons de la nanotechnologie nécessaire pour contrôler les électrons uniques sur lesquels nous pouvons avancer.»Pour de plus amples informations, consulter: National Physical Laboratory (NPL): http://www.npl.co.uk/ Université de Cambridge: http://www.cam.ac.uk/ Nature Communications: http://www.nature.com/ncomms/index.html
Pays
Royaume-Uni