16/09/2013 - Interrupteur atomique utilisant le contrôle de position d'un seul atome

Menéame

Une équipe internationale de scientifiques Université de Constance en Allemagne - où se trouve le physicien Juan Carlos Cuevas Université autonome de Madrid (UAM) - a montré qu’un nanofil d’aluminium peut être utilisé comme un interrupteur qui s’allume et s’éteint en contrôlant électriquement la position d’un seul atome.

Selon le travail publié récemment dans la revue Nature Nanotechnology, ces commutateurs atomiques pourraient devenir les éléments de mémoire non volatile les plus petits qui ont été développés jusqu'à présent pour le stockage de l’information.

Les expériences qui ont conduit à ces conclusions ont dû être réalisées à très basses températures (moins de 1 K), car c’est dans ces conditions que l’aluminium devient un matériau superducteur.

Atteindre la superconductivité de l’aluminium a permis aux scientifiques d’utiliser les caractéristiques courant-voltage pour révéler les propriétés quantiques de transport dans les deux positions de l’interrupteur (éteint et allumé).

"Dans les expériences, on a utilisé un pont métallique basé sur un film mince ou un nanohilo en aluminium - explique Juan Carlos Cuevas. Ce pont se casse d’abord de manière contrôlée par des moyens mécaniques pour former un contact avec seulement quelques atomes dans sa partie la plus étroite. On fait ensuite passer un courant électrique par un protocole complexe, jusqu'à ce que le nanohilo affiche deux valeurs de résistance électrique bien définies. Lorsque cela se produit, le nanocircuit se comporte comme un interrupteur électronique," complète le physique de l’UAM.

Sur le plan théorique, les chercheurs ont procédé à des simulations par ordinateur pour déterminer les configurations atomiques générées par l’interrupteur. Ces simulations, associées à une théorie quantique de la conduite électrique, ont permis aux scientifiques de démontrer que le processus de commutation de l’interrupteur est produit par la réorganisation d’un seul atome induite par le passage du courant.

Architecture simple

Dans leur travail, les scientifiques soulignent que l’un des avantages essentiels de ce nouveau type d’interrupteurs est son architecture, qui est basée sur une configuration simple de deux électrodes.

"La fabrication d’un dispositif à trois électrodes, qui est la stratégie qui avait été suivie jusqu'à présent, est considérablement plus complexe, notamment à l’échelle atomique. Ceci - explique Cuevas - est dû à la fonction différente des électrodes: deux d’entre eux servent de câbles de courant, tandis que par le troisième il ne circule pas le courant et est responsable de l’allumage ou de l’arrêt de l’interrupteur."

Dans le nouvel interrupteur atomique, la commutation est effectuée à l’aide des deux câbles utilisés pour la lecture de leur état. La simplicité de cette conception pourrait faciliter son utilisation sur des appareils réels dans un avenir proche.

Réf.

C. Schirm, M. Matt, F. Pauly, J.C. Grottes, P. Nielaba and E. Scheer, A current-driven single-atom memoryNature Nanotechnology 8, 645 (2013).

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