Vers des composants électroniques pilotables par la lumière

Et si demain, nos téléphones portables et nos données internet fonctionnaient grâce à la lumière plutôt qu'à l’électricité ? Pour la première fois, une équipe de recherche internationale menée par des scientifiques du CNRS¹ vient de découvrir comment générer un gaz d’électrons, élément que l’on retrouve par exemple dans les écrans LED, en éclairant un matériau constitué de couches d’oxydes². Lorsque l’éclairage est arrêté, le gaz disparaît. Ce phénomène, à l’interface entre optique et électronique, ouvre la voie à de nombreuses applications en électronique, spintronique, ou encore en informatique quantique. Il est décrit dans un article à paraitre le 10 octobre dans la revue Nature Materials.

Les composants électroniques pilotables par la lumière plutôt que par l’électricité présentent notamment l’atout d’être beaucoup plus rapides, plus sobres et fonctionnent plus simplement : par exemple, utiliser des transistors contrôlés par la lumière permettrait de supprimer jusqu’à un tiers des contacts électriques d’une puce — soit une économie d’environ un milliard de contacts électriques rien que sur un processeur d’ordinateur.

D’autres fonctionnalités mêlant photonique et électronique pourront découler de ce résultat, comme la conception de détecteurs optiques ultra-sensibles. Ici, la lumière agit en effet comme un véritable « booster » : pour une même tension électrique, le courant généré est jusqu’à 100 000 fois plus élevé que dans l’obscurité !

Ce résultat a été obtenu en combinant des expériences pointues et des calculs théoriques. L’organisation des atomes à la surface des deux couches d’oxydes a été minutieusement calibrée, des observations à l’échelle atomique ont permis d’identifier le comportement des atomes et des modélisations ont contribué à décrire les mouvements de leurs électrons au contact des stimuli lumineux.

Notes

1 - Travaillant au Laboratoire Albert Fert (CNRS/Thalès). Des scientifiques de l’Institut de physique et chimie des matériaux de Strasbourg (CNRS/Université de Strasbourg) et du Laboratoire de physique des solides (CNRS/Université Paris-Saclay) sont également impliqués.

2 - Ces gaz naturellement présents dans certains matériaux semi-conducteurs étaient jusqu’alors seulement manipulés grâce à des signaux électriques dans les matériaux oxydés.