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La Nanotechnologie

  L'ÉLECTRONIQUE : SECTEUR EN CONSTANTE ÉVOLUTION

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Le premier secteur auquel profitera et profite déjà la nanotechnologie est le secteur de l’électronique, en particulier celui des mémoires de masse (comme l'affirme Gerd Billig, Prix Nobel de physique et inventeur du STM) et des microprocesseurs avec la miniaturisation des transistors.

    1) Miniaturisation des transistors 

PROBLÈME :

Depuis sa création (1948), le principe du transistor n'a pas changé. (principe ici)Seul sa taille connaît une réduction constante déterminée par la loi de MOORE(cofondateur d'INTEL)
LOI DE MOORE (1965) : Le nombre de transistors intégrés sur une plaque de silicium de même taille se multiplie par 4 tous les trois ans.
Aujourd’hui le nouveau record de miniaturisation a été battu par Simon Deleonibus (chef du groupe dispositif nanoélectronique sur silicium au CEA-Leti) avec une longueur de 18 nm. 100 fois plus petites que le plus petit des transistors actuels, on pourrait en ranger plus de 7 milliards sur une pièce de 1 franc.
On estime que ce transistor est proche de la limite physique possible.
Une taille inférieure ne permettrait pas une isolation électrique entre le drain et la source. 
Une révolution se présente et s’impose :
·    La méthode actuelle de lithophotographie est limitée dans la miniaturisation : Elle utilise la focalisation de la lumière sur une surface microscopique afin de graver un transistor par échauffement de cette surface. Mais la taille du transistor ne peut être inférieure a la longueur d'onde de la lumière incidente.
·    Le coût de fabrication d’une puce double tous les 4 ans (augmentation régie par la loi de ROCH : cofondateur d’INTEL)
Aujourd’hui le chiffre d’affaire annuel de 150 milliards de dollars du marché  de la nanoelectronique est en constante progression et le prix des usines sera exorbitant d'ici 10 ou 20 ans.
Comment poursuivre la miniaturisation ?

De nouveau transistors sont imaginés.

 SOLUTIONS:

·TRANSISTOR OPTIQUE (principe ici )
Petite lentille dont l’opacité varie selon l’intensité du courant qui la traverse.
Cette lentille peut ainsi arrêter un faisceau laser (0 logique) ou le laisser passer (1 logique)
L’information voyageant sous forme de lumière serait mémorisée en un hologramme…

·TRANSISTOR MOLÉCULAIRE (principe ici )
C’est un transistor minimalisé :
·    1 nœud de fils en haut = source
·    1 nœud de fils en bas = drain
Entre les deux nœuds, une molécule de rotaxane qui laisse :
·    soit circuler les électrons du haut vers le bas si la tension entre les 2 nœuds est nulle
·    soit ne laisse rien passer en cassant la molécule en appliquant une tension entre les 2 nœuds
Problème : On ne sait pas aujourd’hui réparer une molécule de rotaxane( cassée et donc le transistor ne peut servir qu’une seule fois)

    ·TRANSISTOR A ADN  (principe ici)
Le transistor est une courte séquence génétique d’ADN   
Grâce à des enzymes adaptées, une séquence génétique (0 logique) peut être transformée en une autre (1 logique).
Le calcul chimique est beaucoup plus lent que ses homologues électriques mais il s’effectue simultanément sur un nombre gigantesque de    molécules.

·TRANSISTOR ATOMIQUE (principe ici )
C’est le plus complexe dans son fonctionnement car il est régi par la mécanique quantique mais de loin le plus prometteur.
L’atome (étant le transistor) traite l’information par son spin (caractérisé par le sens de rotation de l'atome) :   
·    Soit l’atome possède un sens de rotation vers la gauche et le spin est égal a 1 (1 logique)
·    Soit l’atome possède un sens de rotation vers la droite et le spin est égal a 0 (0 logique)   
Une lumière suffisamment forte change le sens de rotation (donc son spin) de l’atome en le frappant.
On obtient donc les fonctionnalités du transistor classique.
Mais ce transistor atomique dévoile tout son potentiel lorsqu'on le bombarde d'une lumière très faible :
Il devient alors un transistor quantique dont son spin est égal à une superposition des deux valeurs 1 et 0.Chaque atome est donc dans deux états en même temps et le calcul s'effectue sur chacun de ces deux états.
Pour l'exemple, un ordinateur de seulement 500 transistors quantiques pourrait effectuer 2^500 calculs en même temps !!
Ce qui représente plus d'états possibles du transistor qu'il n'y a d'atomes dans tout l'univers !
La science ne surpassera la fiction qu'après 2050...
-Transistor spintronique:(principe ici)
-Transistor a Eléctron:(principe ici)
-Transistor de Nanotube:(principe ici)

COMPARATIF      

Transistor Taille(nm) Echelle
Adn 500 a 1000 5m
Commercial 180 1m
Optique NC NC
Moléculaire 1 5m
Atomique 0.1 0.5nm
 
 
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