La technologie verte par excellence : Des ordinateurs qui utilisent dix-mille fois moins d’énergie

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Robert Wolkow et Taleana Huff de l’Université de l’Alberta effectuent le modelage des contours et l’imagerie de circuits électroniques au niveau atomique. Photo : John Ulan pour l’Université de l’Alberta

Edmonton, le 13 février 2017 – Imaginez un modelage des contours du silicone visualisé au niveau atomique : si c’était réussi, cela pourrait révolutionner le secteur de l’informatique quantum et traditionnelle. En bien! C’est exactement ce qu’a réalisé à Edmonton, au Canada, une équipe de chercheurs dirigée par un physicien de renommée internationale et sa protégée pleine d’avenir.

Une étudiante de l’Université de l’Alberta, Taleana Huff, a fait équipe avec son superviseur Robert Wolkow pour canaliser une technique appelée microscopie à force atomique, ou AFM, afin d’effectuer le modelage des contours et l’imagerie de circuits électroniques au niveau atomique. Pour la première fois, cette puissante technique est appliquée à la fabrication et à l’imagerie d’une surface de silicone à l’échelle atomique, tâche notoirement difficile étant donné que l’application même de la technique risque d’endommager le silicone. Toutefois, le risque en vaut la chandelle puisque ce niveau de contrôle pourrait stimuler une révolution du secteur de la technologie.

« C’est un peu comme le braille, remarque Huff. Vous approchez une pointe d’une précision atomique vraiment près de la surface et vous palpez les atomes en utilisant les forces qui existent naturellement entre les matériaux. »

L’un des problèmes du travail au niveau atomique est le risque de perturbation de la matière que vous mesurez par le fait même de la mesurer. Huff, Wolkow et leurs collaborateurs de recherche ont en grande partie surmonté cette difficulté et sont maintenant capables de construire en déplaçant les atomes séparément, ce qui est très important, car ces structures définies au niveau atomique conduisent à une nouvelle capacité de contrôle des électrons isolés.

C’est la première fois que la puissante technique de la microscopie à force atomique permet la visualisation non seulement des atomes de silicones, mais aussi des liens qui unissent ces atomes. Au centre de cette technique se trouve une nouvelle et puissante méthode de calcul qui analyse les atomes et les liens vus sur les images et en vérifie l’identité. « Nous n’aurions pas pu effectuer ces nouveaux calculs très exigeants sans le soutien de Calcul Canada. Cette méthode combinée de mesure et de calculs réussit à créer la base d’une toute nouvelle génération d’architectures informatiques quantum et traditionnelles », affirme Wolkow.

Il envisage à long terme la création de circuits à base de silicone qui seraient ultras rapides et consommeraient vraiment très peu d’énergie, possiblement dix-mille fois moins que ceux qui sont sur le marché actuellement.

« Imaginez la pile d’un téléphone qui, au lieu de durer une journée, aurait une autonomie de plusieurs semaines parce qu’elle n’utiliserait que quelques électrons par motif informatique », continue Huff, qui explique que le travail est si précis qu’il permettra au groupe et aux investisseurs potentiels du secteur de modéliser géométriquement les atomes de manière à former à peu près n’importe quelle structure logique imaginable.

Ce travail pratique est exactement ce qui a attiré la jeune chercheuse, qui se décrit comme Canadienne de naissance et Américaine de personnalité, à étudier la physique de la matière condensée à la faculté des sciences de l’Université de l’Alberta. Après des études de premier cycle en astrophysique et un stage à la NASA, Huff désirait vivement travailler sur un projet plus tangible au cycle supérieur. (Quand on a des passetemps comme la dynamophilie et la restauration de motocyclettes, le désir de tangibilité est franchement naturel.) « Je voulais quelque chose que je pouvais toucher, quelque chose qui serait un produit physique sur lequel je pourrais travailler immédiatement », précise-t-elle.

Quand à la personne avec laquelle elle voulait travailler, elle s’est tournée directement vers le sommet en s’adressant à Wolkow, célèbre dans le monde entier pour son travail avec les points quantiques et les liaisons pendantes ainsi que ses travaux scientifiques à l’échelle atomique pour l’avancement de l’industrie. « Il a une telle passion et une telle conviction pour ce qu’il fait! confie-t-elle. Avec lui, j’ai l’impression que nous allons changer le monde. Je trouve cela très inspirant. »

« Taleana a la passion et le dynamisme pour effectuer des tâches vraiment difficiles. Elle a maintenant une compréhension et des habiletés qui sont tout à fait uniques au monde, ce qui nous donne un grand avantage dans le domaine », indique Wolkow. « Il ne nous reste plus qu’à travailler sur ses gouts musicaux », ajoute-t-il en riant.

Les résultats de recherche les plus récents du groupe, « l’observation possible du contraste de liaisons chimiques dans les images de microscopie à force atomique d’une surface de silicone à terminaison d’hydrogène », sont publiés dans le numéro du 13 février 2017 de Nature Communications. DOI : 10.1038/NCOMMS14222

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