En démontrant qu'elle était capable de contrôler les propriétés magnétiques d'un électron, une équipe de chercheurs danois marche sur les pas des derniers lauréats du prix Nobel de physique, Albert Fert et Peter Grünberg. Cette découverte s'inscrit dans le cadre de recherches autour d'un nouveau concept de transistor.
Le transistor, qui fête cette année son soixantième anniversaire, occupait à sa naissance un volume d'un centimètre cube. En quelques années, sa taille s'est réduite considérablement, rendant ainsi possible la naissance de la société de l'information. Aujourd'hui, de nombreuses équipes de recherche travaillent à travers le monde sur un nouveau type de transistor basé sur une unique molécule et se comportant comme une boîte quantique.
La boîte quantique, en fait un nanotube de carbone, peut être assimilée à un seau rempli d'électrons. Comme c'est le cas pour un transistor classique, ce seau est connecté à 3 électrodes (le collecteur, l'émetteur et la base). Deux d'entre elles servent à créer un courant traversant la molécule, tandis que la dernière permet de contrôler le nombre d'électrons envoyés par les deux autres électrodes dans le seau.
En pratique, la route qui doit mener à une utilisation industrielle de tels transistors est encore longue. Mais une équipe de chercheurs du Niels Bohr Institute et du Centre de nanosciences de l'Université de Copenhague vient déjà de publier quelques résultats encourageants.
Cette étude a été menée en travaillant à une température proche de -273 degrés Celsius, soit quelques millidegrés à peine au-dessus du zéro absolu. Les transistors sont plongés dans de l'hélium liquide afin d'être maintenus à cette température, ce qui permet de jouer sur les effets quantiques et de contrôler les interactions entre les électrons. La répulsion électrique entre deux électrons devient en effet considérable dés lors qu'ils sont confinés dans un minuscule seau.
En connectant le nanotube de carbone à des électrodes ferromagnétiques, les chercheurs danois sont ainsi parvenus à utiliser la troisième électrode du transistor pour contrôler le spin des électrons. L'état quantique d'un électron est en effet défini par deux nombres quantiques : sa charge et son spin, qui représente les propriétés magnétiques de l'électron.
Cette découverte pourrait représenter une avancée fondamentale dans le domaine de la miniaturisation informatique. Le transistor conservant son rôle actuel dans les circuits logiques, le spin de l'électron serait utilisé comme un bit, devenant ainsi le plus petit aimant imaginable pouvant stocker de l'information, à la manière des disques durs magnétiques actuels.
Jens Paaske, l'un des responsables du projet explique ainsi : "Aujourd'hui, les progrès en miniaturisation se font en insérant toujours plus de transistors sur des composants toujours plus petits. Mais il existe une limite naturelle à la densité de transistors et cette stratégie se heurtera tôt ou tard à un mur. Notre découverte pourrait alors être le prochain grand champ d'évolution des ordinateurs en permettant d'augmenter et d'améliorer considérablement l'espace mémoire de ceux-ci dans des volumes toujours plus petits."
La possibilité théorique de contrôler le spin d'un unique électron a été avancée il y a plusieurs années. L'équipe danoise est la première à réussir la mise en pratique de cette idée.
