Le graphène et les matériaux en 2D détromperont-ils la loi de Moore ?

Guillaume Fourcadier
Spécialiste Audio
08 juin 2020 à 10h25
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graphène loi de Moore

Matériau « miracle », utilisé à presque toutes les sauces marketing, le graphène ouvre des perspectives dans tous les secteurs.

L'une des plus sérieuses pistes actuellement prend place dans le domaine du transport d'informations ; elle permettrait de dépasser, d'une certaine façon, les conjectures de Moore, plus vraiment d'actualité.

La mécanique du spin

Un groupe de chercheur de Manchester a publié récemment une étude sur le développement de la spintronique dans l'informatique, et plus précisément de l'utilisation du graphène dans le traitement de l'information. Mais reprenons un peu les bases.  

La spintronique n'est pas forcément un domaine connu, mais se retrouve pourtant appliquée dans les disques dur et quelques SSD modernes. Sous ce nom étrange se cache l'alliance de l'électronique classique, portée par la charge des électrons, et du spin, propriété intrinsèque de l'électron difficilement explicable, car se jouant à un niveau quantique et n'ayant pas d'équivalent macroscopique.

graphène loi de Moore
Représentation du spin de l'électron, pas vraiment valable car impossible à représenter graphiquement

Pour essayer de faire simple, le spin désigne le phénomène de rotation de l'électron sur son axe, dans un sens ou dans un autre, ces deux sens donnant des moments magnétiques inverse et par conséquent un « courant magnétique » se transmettant dans un sens ou dans l'autre dans des matériaux ferromagnétiques.

Le phénomène de spin est théorisé depuis le début de la physique quantique, mais ne fut véritablement développé qu'à partir des années 90 et l'essor des nanotechnologies, l'exploitations des propriétés spintroniques n'étant possible que sur des matériaux d'épaisseur infime, au mieux de quelques nanomètres, et si possible bidimensionnels.

L'intérêt de la spintronique se retrouve dans une de ses propriétés intrinsèque, la magnétorésistance géante, se caractérisant par la modification de la résistance électrique d'un ensemble sous l'effet d'un champ magnétique (externe).

En prenant par exemple une couche de métal non-magnétique en sandwich entre deux couches de métal ferromagnétique (du fer par exemple), il est possible de faire énormément varier la résistance électrique de l'ensemble sous l'effet d'un champ magnétique. Ce champ magnétique externe joue ici sur le spin des électrons dans les deux couches ferromagnétiques, modifiant le parallélisme de l'aimantation de l'un par rapport à l'autre, ce qui permet de créer cet effet de magnétorésistance géante.

graphène loi de Moore
Le SSD nvNITRO de Everspin, un modèle incroyablement prometteur mais également hors de prix

Ce principe fut tout d'abord appliqué sur les têtes de lecture de disque de la fin des années 90, permettant de grandement augmenter le facteur de stockage, ou plutôt la sensibilité de cette tête de lecture. Des applications type capteurs, directement dérivées de ce principe, furent également développées et sont encore utilisées aujourd'hui.

Mais la magnétorésistance a également permis d'aller un peu plus loin en développant le technologie de la MRAM, ne stockant plus la mémoire sous forme de charge électrique (très volatile) mais sous forme d'orientation magnétique (non-volatile) en modifiant le spin des électron par effet tunnel (un effet à l'échelle quantique que nous ne développerons pas ici). La MRAM est annoncée de longue date, mais n'est apparue sur des SSD que très récemment et reste encore un stockage d'avenir.

Du stockage à la transmission

Stockage et transmission sont deux choses différentes, et c'est là le sujet d'étude développé par les chercheurs.

Leur réflexion porte sur le graphène et ses propriétés révolutionnaires pour imaginer un transport de l'information allant plus loin que la simple interaction électrique, en exploitant aussi la spintronique. Rappelons que le graphène est un matériau bidimensionnel, alignement particulier d'une seule couche d'atomes de carbone.

graphène loi de Moore
Vendu à toutes les sauces et rarement de manière honnête, le nom graphène permet de donner un petit argument marketing à un produit

Ici, l'un des principes serait d'exploiter la structure du graphène, en la modifiant ou non (perte d'un atome de carbone à tel ou tel endroit précis
par exemple), afin de créer des réseaux logiques, soit des sortes de transistors virtuels crées par effet spintronique. Sur le papier, cela permettrait de totalement contourner la limite de gravure des transistors, de plus en plus difficile à dépasser, et de réduire considérablement les effets de dissipations thermiques.

Si l’étude précise que le contrôle du spin dans le graphène et autres matériaux bidimensionnels est de plus en plus prometteuse, elle montre
également que nous n'en sommes qu'aux balbutiements, et que la technique pour arriver à ces structures logiques n'est pas encore bien définie.

Une chose semble sûre néanmoins, le matériau est clairement ce qui existe de plus prometteur pour le futur de l'informatique.

Source : sciencedaily

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Fulmlmetal
Ah le graphène … Ca fait 10 ans qu’on nous dit que le graphène va révolutionner les batteries, on attend toujours.<br /> Tous les ans on nous sort ce genre d’article plein de promesse à base de graphène, et toujours rien à part quelques rares exception. Ca reste du domaine du labo ou de l’expérimental, mais concrètement l’industrialisation de masse à base de graphène ne semble ni rentable ni facile à produire. Bref les promesses non tenues des batteries au graphène s’appliqueront surement aux autres domaines annoncés par cet article, on n’en verra pas le jour. On en reparle dans 10 ans … de plus.
RaoulTropCool
C’est comme le Germanium pour remplacer le Silicium.
austinlolo
Des géraniums, j’en ai plein mon balcon Ok, je sors…
Fulmlmetal
Le Germanium on n’en trouve qu’en Germanie (Allemagne)
Bombing_Basta
La MRAM pour accélérer la PS6?
Blues_Blanche
J’ai une Fuzz au germanium et elle fonctionne très bien. Je la préfère au son de celles au silicium.
orionb1
Ou le tibérium … pour remplacer le pétrole (je sors aussi)
Peter_Vilmen
C’est marrant on complique toujours tout avec des materiau farfelus, alors que c’est tres simple, tout peut etre construit avec du minerai et du gaz.
kaks56
article très clair &amp; intéressant, merci !
Nmut
C’est ironique ou pas?<br /> Évidemment que tout est construit avec des «&nbsp;minerais&nbsp;» et du gaz, on reste sur les éléments connus et on a un peu de mal avec les inconnus (puisqu’ils deviendraient connus du coup)…
Nmut
Ben oui, ça fait 10 ans que l’on en parle. J’ai l’impression que personne ne mesure le temps qu’il faut pour passer de la recherche fondamentale à l’industrialisation de masse.<br /> On trouve quelque chose qui pourrait avoir des propriétés intéressantes, puis on arrive à exploiter ces propriétés en labo, puis à les exploiter en petites quantités sur des projets à forte valeur ajoutée pour affiner l’utilisation et les procédés de fabrication, puis on arrive à la production de masse (comprendre un cout de production infime parce que oui, tout ce que l’on «&nbsp;consomme&nbsp;» ne coute quasiment rien).<br /> A part une découverte impromptue d’un truc super simple (et je pense que c’est de plus en plus compliqué de faire ce genre de découverte, on est assez avancé dans tous les domaines maintenant, toute nouvelle invention est complexe), il faut plusieurs décennies pour que ça arrive chez nous, sans compter les barrières infranchissables en cours de route et il y en a beaucoup, principalement d’ailleurs le fait de ne pas trouver de procédé d’industrialisation rentable par rapport à la production «&nbsp;standard&nbsp;» qui continue de progresser.
xploitedtitan
En fait, le Germanium est surtout utilisé en spatial, si je me souviens bien, car moins sensible aux interférences venant de ce milieu. Aussi dans les domaines ou les ultra-hautes fréquences sont nécessaires, si je ne m’abuse. (Fait trop longtemps que je n’ai plus relu d’articles à ce sujet.)<br /> La matière-même, est moins courante que le Silicium, et donc nettement plus cher.
Fulmlmetal
Oh tu sais, quand derrière il y a un monstreux marché ça peut aller très vite. On parle d’un marché de plusieurs dizaines, voire centaines de milliards $ (smartphone, tablette, laptop, montre, voiture, outillage, divers objet connectés, etc)<br /> Ca fait un moment que le procédé en labo est rodé et que la techno est là mais fabriquer en masse du nanotube de carbone (graphène) ce n’est pas pareil que fabriquer en série des télés. Le problème n’est donc pas une question de temps mais une question que la production de masse de cette nanotechn n’est pas encore prete. Ca se limitera à de la production restreinte, donc couteuse.<br /> Le processus pour fabriquer une batterie au graphène est largement plus lourde et complexe que pour le li-ion
Feladan
Du coup, c’est normal quoi ? Tu crois qu’une technologie pareille, jusqu’à l’industrialisation, ca se pond en 2 secondes ?<br /> Première batterie Lithium Ion, conçue dans les années 1970. 1970 - 1986 perfectionnement (abandon du lithium pur dans l’anode, etc). 1991 première commercialisation par Sony,<br /> Je crois qu’effectivement, comme dit @Nmut, tu n’as pas bien conscience du temps que cela prend, entre la recherche et l’industrialisation.<br /> Fulmlmetal:<br /> quand derrière il y a un monstreux marché ça peut aller très vite<br /> Keyword «&nbsp;peut&nbsp;». A cause de tout un tas de facteur, par exemple l’investissement, le retour derrière, les coûts des batteries actuelles. Tout le monde n’a pas envie d’investir pour accélérer la chose.<br /> Le processus de fabrication est évidemment plus lourd actuellement, c’est justement pour ça qu’il y a de la recherche dessus…<br /> C’est quoi cette manie de toujours critiquer les choses qui prennent du temps sous un air moqueur, alors même que c’est parfaitement normal… J’ai toujours l’impression qu’il faut être dans la «&nbsp;défiance&nbsp;» de tout et n’importe quoi, sinon on est pas dans la mode.
kroman
On n’est pas déjà en retard sur la loi de Moore ? J’ai l’impression que ça évoluait très peu pendant les années où AMD ne concurrençait plus INTEL
Khamu31
Hi, je pense que c etait un ref a StarCraft …
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