Faire du dispositif à phase quantique une réalité
Les supraconducteurs, le ferromagnétisme et les ondes de densité de charge ont en commun d’être des états quantiques susceptibles d’améliorer la fonctionnalité des appareils électroniques. Mais au préalable, il importe de mettre au point des transistors capables de contrôler ces états quantiques. Or, bien que ces transistors spécifiques existent depuis un certain temps, ils restent peu efficaces dans la mesure où ils reposent sur l’électrochimie, ce qui explique que leur utilisation n’ait pas évolué au-delà de la phase de démonstration et que, avec le temps, ils aient été pratiquement oubliés. Pourtant, pour Justin Ye, chercheur à l’Université de Groningue aux Pays-Bas, ils pourraient être la clé de l’activation des transistors à capacité quantique. C’est pourquoi ce dernier, avec le soutien du projet Ig-QPD (Ion-gated Interfaces for Quantum Phase Devices), financé par l’UE, s’est attaché à dépoussiérer et à retravailler leurs conceptions originelles. «Dans un sens, ce projet fonctionne à l’envers», dit-il. «Nous avons pris le concept originel d’un transistor reposant sur l’électrochimie et, en jouant avec ce que l’on appelle la porte ionique («ionic gating» en anglais), nous avons démontré comment il pouvait être transformé en supraconducteur.» Le projet a ainsi fait progresser la technologie de pointe capable d’induire et de contrôler la phase quantique par effet de champ. Il a également franchi une étape supplémentaire en appliquant les phases quantiques contrôlées comme fonctionnalités électroniques pour les dispositifs électroniques.
Contrôler la transition de phase quantique
L’objectif principal du projet Ig-QPD était de contrôler avec succès la transition de phase quantique dans les appareils électroniques. Pour ce faire, les chercheurs ont construit des dispositifs utilisant des transistors à porte ionique. «Cela permet d’atteindre la capacité nécessaire pour induire une phase quantique, telle que la supraconductivité», souligne Justin Ye. Le Dr Ye explique que la supraconductivité est le phénomène par lequel une charge se déplace à travers un matériau sans résistance. Ce faisant, elle permet de transférer l’énergie électrique d’un point à un autre avec une efficacité parfaite et sans perte de chaleur. Cette méthode offre également aux chercheurs la possibilité de combiner différentes propriétés de phase quantique. «Par exemple, en utilisant un liquide ionique magnétique, nous sommes capables de contrôler le ferromagnétisme», ajoute Justin Ye. Selon Justin Ye, l’équipe a réussi à mettre au point une interface très efficace et ajustable avec une porte à mouvement ionique. Cela pourrait servir de plateforme pour la conception de nouveaux dispositifs électroniques, leur permettant d’utiliser l’effet de champ pour contrôler les transitions de phase quantique. Le projet a également travaillé sur une large gamme de matériaux 2D, y compris des dichalcogénures de métaux de transition. Les chercheurs ont ainsi mis en évidence la supraconductivité dite d’Ising dans le disulfure de molybdène (MoS2), qui est sans doute l’état le plus résilient contre un champ magnétique appliqué.
Faire forte impression
Bien que le projet soit encore en cours, il fait déjà fait forte impression dans le milieu scientifique. «Notre travail représente un nouveau domaine de recherche passionnant qui attire l’attention des groupes de recherche du monde entier», note Justin Ye. «On peut le constater dans les nombreuses revues scientifiques de premier plan qui ont publié nos conclusions sur la réalisation du dispositif à phase quantique.» Le projet a également permis de soutenir les recherches de six doctorants et de deux post-doctorants. Deux des doctorants ont depuis obtenu leur diplôme et les deux post-doctorants ont trouvé un poste universitaire dans un domaine connexe. «Outre les résultats-de recherche révolutionnaires issus de ce projet, Ig-QPD a également joué un rôle important en assurant la formation et le développement de ces jeunes scientifiques qui représentent l’avenir des dispositifs en phase quantique», conclut Justin Ye.
Mots‑clés
Ig-QPD, dispositif à phase quantique, transition de phase quantique, dispositifs électroniques, supraconducteurs, états quantiques, transistors, électrochimie, effet de champ
