Histoires de réussite

Vers un futur écoénergétique au niveau atomique

CMC Microsystèmes a décerné la médaille Douglas R. Colton 2021 à Taleana Huff pour l’excellence dans la recherche concernant ses travaux fondateurs sur des ordinateurs et des téléphones mobiles qui utilisent 100 fois moins d’énergie.

Les recherches au doctorat de Mme Huff à l’Université de l’Alberta pourraient permettre une nouvelle architecture de système pour le calcul et le stockage d’information basée sur des composants de taille atomique.

Dans le cadre de son diplôme de maîtrise et de son doctorat, Mme Huff a travaillé avec Robert Wolkow, titulaire de la chaire iCORE en information à l’échelle atomique à cette même université. Elle s’est concentrée sur ce qui est désormais désigné comme étant du « ruban correcteur atomique », une méthode de correction d’erreur pour fabriquer et assembler en motifs des points quantiques. La technique a permis à Mme Huff et à l’équipe de construire avec succès des circuits atomiques. Elle a ainsi été en mesure de construire des portes logiques et des fils atomiques binaires.

Depuis des années, les chercheurs savent que des circuits miniatures construits un atome à la fois pourraient devenir une nouvelle base pour des dispositifs électroniques beaucoup plus efficaces sur le plan énergétique, tout en étant plus rapides et plus petits que ce qui est possible actuellement. Mais les progrès stagnaient en raison des erreurs de création de motifs lithographiques. Les travaux de Mme Huff permettent pour la toute première fois la création de circuits atomiques exempts d’erreur et basés sur des points quantiques.

« Nous disposons de cette énorme machine sophistiquée qui a été conçue pour déplacer des atomes au moyen de ce qu’on appelle la microscopie à effet tunnel. Je voulais l’ajouter à cette nouvelle technique, pour laquelle la machine était outillée, mais que personne n’avait encore essayée. Cela s’appelle la microscopie à force atomique », précise Mme Huff.

« Chaque atome individuel qui se trouve sur une surface a une force qui en émane. Alors, nous utilisons un doigt extrêmement petit pour “lire le braille” des forces. »

Elle et ses collègues ont encodé les 0 et les 1 du langage informatique binaire dans la position spatiale d’électrons individuels de paires de points quantiques, plutôt que dans des transistors classiques. Les paires peuvent être « liées » de manière électrostatique afin de construire des circuits informatiques complets, indique Mme Huff. Cette approche est nommée BASiL (« Binary Atomic Silicon Logic » : logique sur silicium atomique binaire).

« Les paires de points BASiL offrent plusieurs avantages par rapport aux transistors classiques, car celles-ci peuvent fonctionner 100 fois plus rapidement, en utilisant 100 fois moins d’énergie, et elles sont incroyablement petites »

Mme Huff suggère de considérer les points quantiques comme des seaux, reliés par un tuyau : l’électron correspond à l’eau qui remplit le seau.

Si vous levez le seau de gauche par sa poignée, l’eau circulera vers le seau à droite, qui est situé plus bas. Une paire BASiL fonctionne de la même manière, mais plutôt que de lever physiquement le point quantique, nous utilisons un champ électrostatique d’entrée pour forcer l’électron à se rendre par tunnel quantique vers le « seau » à gauche ou celui à droite.

« Les paires de points BASiL offrent plusieurs avantages par rapport aux transistors classiques, car celles-ci peuvent fonctionner 100 fois plus rapidement, en utilisant 100 fois moins d’énergie, et elles sont incroyablement petites : une paire de points quantiques équivalente à un transistor a la taille de seulement deux atomes », ajoute Mme Huff.

M Wolkow indique que l’article de Mme Huff sur BASiL présente les composants de circuit les plus petits, rapides et efficaces sur le plan énergétique connus actuellement.

Quantum Silicon Incorporated, une entreprise canadienne d’Edmonton, œuvre à mettre en marché la technologie brevetée.

Mme Huff et M Roshan Achal, collègue titulaire d’un doctorat, ont aussi utilisé la technologie pour fabriquer la « plus petite feuille d’érable au monde », comptant 32 atomes, afin de célébrer en 2017 le 150e anniversaire du Canada.

Mme Huff est récemment déménagée à Ottawa pour travailler à la Compagnie canadienne des billets de banque, où elle poursuit ses travaux de recherche qu’elle qualifie « d’extrêmement intéressants ».

La Médaille Colton reconnaît l’excellence dans la recherche menant à une nouvelle compréhension et à des développements novateurs dans le domaine des microsystèmes et des technologies connexes. Elle est accompagnée d’un prix en argent de 4 500 $.

février 2022

Crédit photo : © John, Ulan, Université de l’Alberta

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