Q-silicon : vers des ordinateurs quantiques plus rapides et moins énergivores

Il est parfois surprenant de voir comment une découverte scientifique peut transformer notre compréhension du monde et ouvrir de nouvelles perspectives. Une équipe de chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord a fait une telle découverte : une forme distincte de silicium, appelée Q-silicon, avec des propriétés fascinantes, notamment le ferromagnétisme à température ambiante. Cette découverte pourrait ouvrir la voie à des innovations significatives dans le domaine de l’informatique quantique.

Une découverte unique : le ferromagnétisme dans le Q-silicon

L’une des particularités les plus intéressantes du Q-silicon est sa propriété de ferromagnétisme à température ambiante. « La découverte du Q-silicon doté d’un ferromagnétisme robuste à température ambiante ouvrira une nouvelle frontière dans les dispositifs à base de spins atomiques et l’intégration fonctionnelle avec la nanélectronique », a déclaré Jay Narayan dans Materials Science et auteur d’un article décrivant ces travaux.

Le ferromagnétisme dans des matériaux autres que les métaux de transition et les terres rares a longtemps fasciné les scientifiques du monde entier. C’est parce que les électrons polarisés en spin peuvent être utilisés pour traiter et stocker des informations avec une résolution atomique.

La formation du Q-silicon : une question de méthodologie

Les chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord ont démontré que le silicium peut être transformé en Q-silicon par fusion laser et trempe rapide. L’ensemble du processus se réalise en moins d’une fraction de microseconde.

C’est Jay Narayan qui a été le pionnier de l’utilisation des lasers pour créer de nouveaux matériaux avec des propriétés inédites.

En plus de son ferromagnétisme, le Q-silicon présente d’autres propriétés intéressantes, notamment une dureté accrue et une superconductivité. « Cette découverte du Q-silicon est prête à transformer la microélectronique moderne en ajoutant de nouvelles fonctionnalités, comme la spintronique, ou l’informatique quantique basée sur le spin », a conclu Jay Narayan.

En synthèse

La découverte du Q-silicon et de ses propriétés exceptionnelles ouvre la voie à une nouvelle ère dans le domaine de la microélectronique et de l’informatique quantique. En utilisant le Q-silicon, les chercheurs peuvent exploiter le spin de l’électron, ce qui rend les ordinateurs beaucoup plus rapides avec une consommation d’énergie négligeable. Le Q-silicon offre ainsi une plateforme idéale pour l’intégration de la spintronique avec la microélectronique sur une puce.

Résumé : « Nous rapportons la découverte du silicium Q dont la densité atomique est 60% plus élevée que celle du silicium cristallin, tout en conservant les mêmes caractéristiques de liaison que le silicium normal. Des phases amorphes distinctes sont créées lorsqu’un, deux ou trois tétraèdres sont emballés de manière aléatoire, et une phase cristalline de silicium Q est formée lorsque les cellules des sous-unités sont arrangées le long des directions <110> avec des trous alternés. La fusion laser nanoseconde du silicium amorphe à l’état sous-refroidi et la trempe ont créé le silicium Q avec un ferromagnétisme robuste par rapport au diamagnétisme du silicium. La température de blocage du silicium Q est estimée à plus de 400 K, ce qui ouvre une nouvelle frontière pour l’informatique basée sur le spin et le stockage au niveau atomique. »

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce que le Q-silicon ?

Le Q-silicon est une nouvelle forme distincte de silicium, découvert par des chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord. Il a des propriétés particulières, notamment le ferromagnétisme à température ambiante.

Qu’est-ce que le ferromagnétisme ?

Le ferromagnétisme est une forme de magnétisme qui est très forte et permanente. Il est commun dans les métaux comme le fer et le nickel, mais il est rare de le trouver dans d’autres matériaux, comme le silicium.

Quelles sont les implications de cette découverte ?

Cette découverte pourrait conduire à des avancées majeures dans le domaine de l’informatique quantique, en particulier la création d’ordinateurs quantiques basés sur le contrôle du spin de l’électron.

Qu’est-ce que l’informatique quantique ?

L’informatique quantique est une nouvelle forme d’informatique qui utilise les principes de la mécanique quantique pour traiter les informations de manière beaucoup plus efficace que les ordinateurs classiques.

Qu’est-ce que le spin de l’électron ?

Le spin de l’électron est une propriété quantique qui peut être utilisée pour coder les informations, tout comme la charge de l’électron est utilisée dans l’informatique classique.

Légende image principale : Les chercheurs ont utilisé des impulsions laser extrêmement courtes pour faire leur découverte sur le silicium Q.

“Synthesis and novel properties of Q-silicon” / Authors: Jagdish Narayan, Siba Sundar Sahoo, Naveen Joshi and Roger Narayan, North Carolina State University / Published: June 21, 2023, in Materials Research Letters / DOI: 10.1080/21663831.2023.2224396