Première mondiale dans l’informatique : un ordinateur conçu sans silicium grâce à un matériau 2D aux propriétés inédites

La technologie évolue à un rythme effréné, et l’industrie des semi-conducteurs n’échappe pas à cette dynamique. Aujourd’hui, le silicium, matériau phare de cette industrie, pourrait bien voir son règne contesté par des innovations prometteuses. En effet, des chercheurs de la Penn State ont réussi à fabriquer un ordinateur en utilisant des matériaux bidimensionnels (2D), marquant ainsi un tournant majeur dans le domaine de l’électronique. Cette avancée technologique s’appuie sur des propriétés uniques qui pourraient transformer notre façon de concevoir les appareils électroniques de demain.

Une avancée au-delà du silicium

Le silicium a longtemps été le pilier de la technologie des semi-conducteurs, que l’on retrouve dans nos smartphones, ordinateurs, et véhicules électriques. Pourtant, l’équipe de chercheurs de la Penn State affirme que ce matériau pourrait bientôt perdre son statut de matériau incontournable. En utilisant des matériaux 2D, plus épais que le silicium, ils ont conçu un ordinateur capable d’effectuer des opérations simples. Ces matériaux conservent leurs propriétés à grande échelle, ce qui représente un potentiel immense pour l’avenir de l’électronique.

Cette innovation ouvre la voie à l’utilisation de matériaux plus rapides, plus fins et plus efficaces. Les chercheurs se sont appuyés sur des matériaux tels que le disulfure de molybdène et le diséléniure de tungstène pour créer des transistors de type n et p, respectivement. Cette réalisation illustre la capacité des matériaux 2D à maintenir des performances exceptionnelles, même à des épaisseurs atomiques.

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Comprendre la technologie CMOS

La technologie CMOS, qui nécessite la combinaison de semi-conducteurs de type n et p, est essentielle pour obtenir des performances élevées avec une faible consommation d’énergie. Le défi pour les chercheurs était de substituer le silicium par d’autres matériaux tout en conservant ces caractéristiques. Jusqu’à présent, les matériaux 2D avaient été utilisés dans de petits circuits, mais la conception de systèmes plus complexes restait hors de portée.

Selon Saptarshi Das, professeur d’ingénierie, l’innovation réside dans la création d’un ordinateur CMOS entièrement fabriqué à partir de matériaux 2D. C’est une avancée clé qui montre que les matériaux 2D peuvent être utilisés pour construire des circuits logiques CMOS fonctionnels et performants. Cet exploit repose sur la capacité à cultiver de grandes feuilles de matériaux 2D tels que le disulfure de molybdène et le diséléniure de tungstène, permettant ainsi la fabrication de plus de 1 000 transistors de chaque type.

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L’innovation derrière le succès

L’équipe a utilisé un procédé de dépôt chimique en phase vapeur organométallique (MOCVD) pour faire croître ces grandes feuilles de matériaux 2D. Ce processus implique la vaporisation d’ingrédients, la réaction chimique forcée et le dépôt des produits sur un substrat. Grâce à ce procédé, ils ont pu ajuster les tensions seuil des transistors, construisant ainsi des circuits logiques CMOS entièrement fonctionnels.

Subir Ghosh, doctorant en sciences et mécanique de l’ingénierie, a déclaré que leur ordinateur CMOS 2D fonctionne à faible tension d’alimentation avec une consommation d’énergie minimale et peut effectuer des opérations logiques simples à des fréquences allant jusqu’à 25 kilohertz. Bien que plus lent que les circuits CMOS en silicium traditionnels, cet ordinateur peut effectuer des opérations logiques de base avec une seule instruction.

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Les perspectives d’avenir

Malgré cette avancée, les chercheurs soulignent que le développement d’ordinateurs CMOS en matériaux 2D pour un usage généralisé nécessitera encore du temps. Le silicium a bénéficié de près de 80 ans de développement, tandis que la recherche sur les matériaux 2D n’a véritablement pris son essor qu’en 2010. Pourtant, cette avancée représente un bond en avant par rapport à la trajectoire du silicium.

Les travaux de Ghosh et Das ont été largement soutenus par le 2D Crystal Consortium Materials Innovation Platform (2DCC-MIP) à Penn State, qui leur a fourni les installations et outils nécessaires. Leur recherche, publiée dans la revue Nature, marque une étape importante dans l’exploitation des matériaux 2D pour faire progresser le domaine de l’électronique. Quel sera l’impact de ces matériaux 2D sur les technologies futures et quelles nouvelles possibilités pourraient-ils ouvrir ?

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