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Quantum Nano-Electronics Training

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L'UE renforce la formation en nano-électronique, grâce à la recherche

Un projet de l'UE a assuré une formation en nano-électronique quantique. Le but était de créer les leaders de demain pour la prochaine génération de dispositifs de stockage et de traitement de l'information, dépassant les limites des semi-conducteurs CMOS actuels.

Technologies industrielles

Environ 1 000 chercheurs travaillent actuellement dans le domaine de la nano-électronique quantique, et 150 étudiants obtiennent leur doctorat chaque année. Il faut cependant augmenter ce nombre de diplômés afin de répondre aux besoins du secteur pour des scientifiques hautement qualifiés en micro-électronique, nano-électronique et autres domaines connexes. Le projet Q-NET (Quantum nano-electronics training) est un réseau européen d'experts, proposant une formation de haut niveau à des chercheurs débutants. Il vise notamment la spintronique, l'électronique moléculaire, les systèmes mono-électroniques, les points quantiques, les nanofils et le nano-refroidissement. Son but est de relever le niveau de formation des chercheurs européens dans le domaine de la nano-électronique quantique. Le projet a recruté 14 doctorants et 2 post-doctorants, et leur a fourni une formation sur une large gamme d'expertises. Q-NET a aussi regroupé un ensemble d'expertises complémentaires, pour améliorer les opportunités d'emploi des stagiaires, en entreprise comme en université. Le projet Q-NET a enregistré des résultats nombreux et variés. Il a approfondi la compréhension des dispositifs quantiques basés sur des nano-objets et des phénomènes à cohérence de phase. Durant le projet, les chercheurs ont développé de nouveaux concepts, matériaux et approches, et les ont appliqués pour mettre au point de nouvelles catégories de nanostructures, dotées de propriétés passionnantes. Malgré ses propriétés extraordinaires, le graphène présente un dopage spatial désordonné, conduisant à des «flaques» de trous et d'électrons. Des chercheurs en France ont utilisé la microscopie à balayage et effet tunnel sur un dispositif de graphène, montrant une corrélation spatiale entre les vagues (désordre topographique) et les flaques de charge (désordre de dopage), dans du graphène mal défini. Les points quantiques de graphène sont des candidats prometteurs pour réaliser des qubits de spin semi-conducteur, car ils devraient avoir une longue durée de vie. Pour initialiser, manipuler et lire de tels qubits, il faut avoir accès aux niveaux discrets d'énergie des points quantiques. En Suisse, des boursiers du projet ont observé par spectroscopie à offset fini un point quantique en graphène 3-terminal, révélant un riche spectre de lignes de conductance renforcée, hors des diamants de Coulomb. Par ailleurs, le refroidissement d'objets microscopiques à proximité du zéro absolu exige des techniques inhabituelles. Des boursiers de Q-NET, en France et en Italie, ont proposé un nouveau réfrigérateur supraconducteur, dans lequel le refroidissement se fait par une cascade d'étapes. Ce fonctionnement par étapes explique les meilleures performances de ce système pour refroidir un métal normal. En Finlande, un autre résultat du projet a été la démonstration d'une thermométrie électronique à l'échelle de la microseconde. Le dispositif est basé sur une jonction tunnel supraconducteur-isolant-métal normal, couplée à un circuit radio résonant. Q-NET a organisé quatre sessions de l'European School on Nanosciences and Nanotechnologies, en nano-électronique quantique, associant des formations théoriques et pratiques. Les résultats du projet ont été publiés dans de nombreuses revues à comité de lecture.

Mots‑clés

Nano-électronique quantique, Q-NET, spintronique, points quantiques, nano-refroidissement, qubits

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