Les scientifiques d'IBM mesurent la conductance thermique de contacts or monoatomiques à température ambiante

Publié aujourd'hui, des chercheurs d'IBM à Zurich ont, pour la première fois, quantifié la conductance thermique de contacts quantiques métalliques en or jusqu'à un seul atome à température ambiante.

À mesure que les dispositifs se réduisent à l'échelle nanométrique, la dissipation de chaleur devient un facteur critique de fiabilité. L'an dernier, des scientifiques d'IBM à Zurich et des étudiants de l'ETH Zurich ont été pionniers d'une technique de thermométrie par sonde de balayage (vidéo) capable de mesurer des températures de structures aussi petites que 10 nm. Cette percée a permis aux ingénieurs de cartographier les pertes de chaleur à travers une puce — et, crucialement, jusqu'aux dispositifs individuels — fournissant un aperçu sans précédent des distributions de température.

Représentation schématique de la technique de mesure. Crédit : Nature Nanotechnology

Alors que les composants électroniques approchent et tombent éventuellement sous le seuil 10 nm, déterminer la plus petite structure thermiquement détectable sera essentiel. Pour y répondre, la même équipe rapporte une nouvelle percée dans Nature Nanotechnology.

Les auteurs attribuent leur succès à deux innovations clés : un système micro-électromécanique (MEMS) avec un capteur thermique intégré opéré dans un microscope à effet tunnel (STM) sous vide, et un « laboratoire sans bruit » ultra-silencieux qui protège l'expérience des champs magnétiques, tours de téléphonie mobile et même des trains passants.

Comme décrit dans l'article :

Le système combine des mesures simultanées de transport de chaleur et de charge pour extraire la conductance thermique et électrique de contacts métalliques. Comme d'autres configurations STM break-junction, une pointe STM forme et rompe des contacts de quelques atomes sur un substrat recouvert d'une couche métallique. Ici, l'électrode du bas est intégrée sur un MEMS suspendu, la thermiquement isolant du substrat de la puce.

Chercheur IBM Dr. Bernd Gotsmann dans le laboratoire sans bruit IBM où cette recherche a été menée. Crédit photo : Carl De Torres

« Les propriétés de conduction de chaleur à travers des jonctions atomiques sont restées largement inexplorées », a déclaré le Dr Bernd Gotsmann, auteur principal. « Nos mesures confirment aussi la loi de Wiedemann-Franz dans les contacts quantiques, une prédiction faite à l'origine par l'ancien scientifique IBM Rolf Landauer. »

Au-delà de la mesure de conductance thermique dans les dispositifs électroniques, les auteurs prévoient des applications plus larges. « Cette technique permettra aux scientifiques de caractériser et contrôler la chaleur même dans les dispositifs moléculaires », a expliqué l'auteur principal Nico Mosso. « Elle ouvre la possibilité de manipuler la chaleur aussi aisément que nous le faisons avec l'électricité. »

Heat transport through atomic contacts, Nico Mosso, Ute Drechsler, Fabian Menges, Peter Nirmalraj, Siegfried Karg, Heike Riel & Bernd Gotsmann, doi:10.1038/nnano.2016.302

La recherche a été partiellement financée par la Commission européenne sous le projet H2020 Molesco.

Événement Facebook Live : Rejoignez le Dr Gotsmann le 10 avril à 16h Paris (10h New York) sur la page Facebook IBM Research où il présentera les laboratoires sans bruit IBM, discutera de ses brevets et recherches, et répondra à vos questions.

Suivez @B_Gotsmann