10/08/2012 - Applications des nanotechnologies et du courant électrique

Menéame

Des chercheurs britanniques ont créé un nano-système qui pourrait changer radicalement la façon dont le courant électrique est aujourd'hui défini. Dans le magazine Nature Communications ont publié une étude qui démontre que l’utilisation de formes d’onde spécialement conçues pour le cas peut augmenter la précision d’une pompe de point quantique à semi-conducteurs.

En utilisant des nanotechnologies, des scientifiques du Laboratoire National de Physique du Royaume-Uni et de la Université de Cambridge ont généré des courants électriques précis. La pompe à électrons mentionnée ci-dessus a la capacité de capter des électrons un par un et de les faire franchir une barrière. On obtient ainsi un courant électrique bien défini.

Selon les auteurs, ce dispositif innovant manipule des électrons uniques pour stimuler un courant électrique. Cette réalisation pourrait se terminer par remplacer l’ampère actuel, qui dépend de la mesure des forces mécaniques sur les câbles conducteurs de courant.

L’équipe a testé la forme exacte des impulsions de tension qui manipulent la capture et l’éjection des électrons. Ses membres ont réussi à accélérer le taux total de pompage sans perdre de précision en changeant lentement la tension pendant que des électrons étaient pris pour, ensuite, remanier la tension rapidement pendant leur expulsion.

Ainsi, les auteurs ont réussi à pomper presque 1 milliard d’électeurs par seconde, de sorte qu’ils ont dépassé trois cents fois le record atteint il y a seize ans avec une bombe à électrons précise par le NIST (Institut national des normes et de la technologie des États-Unis).

Ils ont calculé le courant avec une précision d’une part par million, bien que le courant résultant soit faible, au total de 150 picsampères (c’est-à-dire 10 milliards de fois plus petit que le courant utilisé pour faire bouillir une bouilloire). Cette étape sera utile pour ceux qui recherchent le contrôle précis et rapide des électrons uniques et pourrait favoriser une nouvelle définition de l’unité de l’ampère.

Le plus difficile est de s’assurer que la même charge électronique est transportée dans chaque cycle. Les électrons se comportent sur notre appareil de manière assez similaire à celle de l’eau: si vous essayez de prendre un volume fixe d’eau avec une tasse ou une cuillère, vous devez bouger lentement pour ne pas verser d’eau. C’était exactement ce qui arrivait aux électrons si nous agissions trop vite.

En référence à cette enquête, l’auteur principal, Stephen Giblin, appartenant au même groupe de NPL, a déclaré: « Nous nous efforçons depuis plusieurs années d’optimiser la conception de notre appareil, et nous avons réalisé les progrès les plus importants lorsque nous avons ajusté la séquence temporelle. Fondamentalement, nous avons battu sur un facteur de 300 le record de précision dans la mesure du courant d’un seul électron.

Bien que le fait de déplacer des électrons un à un ne soit pas une nouveauté, nous sommes capables de le faire à beaucoup plus de vitesse et avec une fiabilité très élevée: un milliard d’électrons par seconde, et avec une précision de moins d’une erreur par million d’opérations. L’utilisation de forces mécaniques pour définir l’ampère était la plus logique au cours des soixante dernières années, mais maintenant que nous disposons de nanotechnologies pour contrôler des électrons uniques, nous pouvons déjà évoluer.

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Pour plus d’informations:

Laboratoire national de physique du Royaume-Uni (NPL)

Université de Cambridge

Nature Communications

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