La Nanomécanique du graphène pour la commutation à basse énergie

Le plus grand défi en électronique consiste à améliorer l’efficacité énergétique. La demande mondiale d’appareils informatiques augmente avec la croissance continue de l’électronique mobile et du cloud computing. L’émergence de l’apprentissage automatique et de l’intelligence artificielle devrait encore accroître la demande d’appareils informatiques. Avec cette croissance de la demande en informatique, le coût énergétique de l’informatique revêt une importance croissante. La thermodynamique impose un coût énergétique minimal à l’informatique. Cependant, la technologie des transistors actuels fonctionne bien au-dessus de cette limite, consommant jusqu’à 100 000 fois la limite thermodynamique. Au niveau le plus fondamental, le défi consiste à produire un transistor de nouvelle génération capable de commuter du courant à basse tension.

Dans le cadre de ce projet, une approche entièrement nouvelle de ce problème a été adoptée: des relais électromécaniques à l’échelle nanométrique à base de graphène monocouche en suspension. Le graphène, une seule couche d’atomes de carbone, est bien connu pour être l’un des matériaux les plus rigides au monde.  Cependant, son épaisseur atomique implique que seule une tre?s petite force absolue est ne?cessaire pour le de?vier. Configuré avec des électrodes, un graphène en suspension peut servir de commutateur électronique qui peut théoriquement être activé et désactivé avec une tension jusqu’à 10 fois inférieure à celle d’un transistor classique. Cela correspond à une réduction théorique de la consommation d’énergie jusqu’à 100 fois, avec un potentiel d’impact significatif pour l’avenir de l’électronique. Pour réaliser ce travail, les progrès les plus récents en matière de synthèse, de nanofabrication et de caractérisation du graphène seront utilisés. Des méthodes à la pointe de la technologie permettent maintenant de produire des plaquettes de graphène avec une qualité et une uniformité élevées.

Ce projet est une collaboration entre le professeur Thomas Szkopek (génie électrique et informatique, McGill) et le professeur Richard Martel (chimie. Université de Montréal). Cette équipe multidisciplinaire rassemble des compétences dans les domaines de la synthèse de nanomatériaux en carbone, de la physique des graphènes et des applications aux dispositifs à base de graphène. Des installations à la fine pointe de la technologie à l’Université McGill et à l’Université de Montréal seront utilisées  pour la nanofabrication de pre?cision de dispositifs de graphe?ne suspendu dans l’air. Le projet débute par une recherche fondamentale sur les proprie?te?s nanome?caniques du graphe?ne suspendu dans l’air, notamment par la mise au point de méthodes de contrôle de la précontrainte et de l’adhérence, deux paramètres essentiels pour les structures en suspension. Sur la base de ce travail fondamental, l’équipe concevra, construira et fera la démonstration de commutateurs électromécaniques basse tension en graphène.