Éteindre la conductivité électrique à l'échelle femtoseconde

Dans un monde où l'efficacité des nouvelles technologies se mesure à leur vitesse, une équipe de scientifiques emmenée par Davide Boschetto du LOA* a réussi une percée surprenante : ils ont découvert comment réduire la conductivité électrique d'un cristal en quelques centaines de femtosecondes.

Pour donner une idée de sa brièveté, une femtoseconde est à une seconde ce qu'une seconde est à l’âge de l’Univers.

La plupart des expériences menées jusqu'à présent ont montré que l'utilisation de la lumière permet d'augmenter la conductivité dans divers matériaux.

Cependant, cette nouvelle étude a démontré expérimentalement que l'effet opposé est également possible : la lumière peut réduire la conductivité d'un cristal, un concept clé dans la création de dispositifs électroniques ultra-rapides.

Le protagoniste de cette découverte est un composé appelé LaVS₃, un semi-métal avec une structure cristalline constituée d'un empilement alterné de deux couches de matériaux, LaS et VS2, dont les mailles élémentaires sont incommensurables selon l'un des axes cristallographiques. Autrement dit, leurs mailles élémentaires ne peuvent pas s'aligner parfaitement. Lorsqu'une impulsion laser dans le proche infrarouge excite ce matériau, les électrons absorbent la lumière et transitent vers ce que l'on appelle des "états d'énergie localisés", ce qui réduit la conductivité du cristal. Tout se passe comme si ces électrons étaient enlevés du matériau, lequel se retrouve avec moins de porteurs de charge.

Cette découverte ne change pas seulement la donne en termes de vitesse à laquelle il est possible de manipuler la conductivité électrique : elle permet de contrôler les propriétés macroscopiques des matériaux à des vitesses inégalées, ouvrant la voie à l'électronique ultra rapide, dont le plus vaste domaine d'application est certainement celui des ordinateurs.

En effet, la vitesse à laquelle un ordinateur peut opérer dépend de la vitesse de commutation de ses transistors entre état isolant et état conducteur, ce qui correspond physiquement à la logique binaire sur laquelle se fonde toute l'électronique moderne.

Avec des temps de commutation de l'ordre de la centaine de femtosecondes, il devient envisageable de mettre au point des ordinateurs environ 1000 fois plus rapides, avec des champs d'application immenses notamment en intelligence artificielle, en gestion des données ainsi que dans les activités chimiques et médicales.