électronique quantitque

[canardos]

dans le journal du CNRS de février-mars 2007:

[center]Des circuits hors-la-loi[/center]


Les lois sont faites pour être transgressées : un adage que viennent de vérifier les chercheurs du Laboratoire Pierre Aigrain1 à Paris. Ceux-ci ont en effet montré que certaines lois de l'électronique classique dérivant des lois plus générales dites de Kirchhoff, établies en 1845, ne sont plus vraies à l'échelle quantique. Un constat valable par exemple pour la célèbre loi d'Ohm (U = RI) qui relie la tension (U), l'intensité (I) et la résistance ® d'un circuit. Un résultat de taille pour l'électronique de demain, publié dans Science en juillet 2006 (2).

Pour des systèmes électroniques constitués de dipôles (résistances, condensateurs, diodes…) reliés entre eux par des fils conducteurs, les lois de Kirchhoff permettent notamment de calculer la tension (c'est-à-dire la différence de potentiel) aux bornes de chaque élément du circuit, et l'intensité du courant continu dans chaque branche. Surtout, elles stipulent que l'impédance totale d'un circuit – soit le rapport entre la tension et l'intensité dans ce circuit – est égale à la somme des impédances de chaque composant isolé. Un bel édifice qui ne tiendrait donc plus debout dans le monde quantique.




Vue d'artiste d'un circuit quantique composé d'une résistance et d'un condensateur. À cette échelle, les lois classiques de l'électronique ne sont plus valables.
© B. Plaçais/CNRS Photothèque

L'expérience mise au point par nos chercheurs est simple : un circuit avec une résistance d'une valeur donnée et un condensateur nanométriques montés en série, et deux électrodes ajustables d'une taille également inférieure au micromètre3, pour se placer dans des conditions d'un circuit quantique. Résultat ? « Dans un tel dispositif électronique, les électrons traversent plus facilement la résistance. Du coup, on mesure une valeur de résistance deux fois moins élevée ! », précise Christian Glattli, qui a suggéré l'expérience4. La loi de calcul de la résistance étant invalidée, ce sont toutes les lois de Kirchhoff qui sont remises en question au niveau quantique.

Mais nos chercheurs n'ont pas l'intention de s'arrêter en si bon chemin. « Dans quelque temps, nous allons essayer d'observer ce phénomène dans un nanotube de carbone, confie Christian Glattli. Pour diverses raisons liées à la propagation des électrons, cela nous permettra d'observer le phénomène quantique dans des conditions plus simples que dans cette expérience. » En effet, dans celle-ci, le bon fonctionnement des électrodes réclame des tensions et courants infimes avec des fréquences élevées de l'ordre du gigahertz, ainsi que des températures très basses (– 243,15 °C).

Le jeu en vaut la chandelle : au final, ces découvertes apportent une meilleure compréhension des atouts des circuits quantiques qui peupleront l'électronique de demain, car une résistance globale plus faible offre des temps de réponse plus rapides.


Lilia Roger


1. Laboratoire CNRS / ENS Paris / Universités Paris-VI et VII.
2. Science, 28 juillet 2006, vol. 313, n° 5786, pp. 499-502.
3. Les objets sont fabriqués au Laboratoire de photonique et de nanostructures (LPN) du CNRS à Marcoussis.
4. À l'équipe commune à l'ENS, au CNRS et au Service de physique de l'état condensé (Spec) du CEA.