Publié le 2025-11-27 10:15:00. Des avancées récentes en nanotechnologie ouvrent la voie à des systèmes de refroidissement de puces électroniques plus efficaces et à de nouveaux matériaux ferroélectriques, tandis que la recherche sur les magnons promet des transferts d’informations plus rapides et moins énergivores.
- Des chercheurs japonais ont développé une technique de refroidissement ionothermoélectrique qui utilise le flux d’ions à l’échelle nanométrique pour dissiper la chaleur des puces électroniques.
- Une équipe internationale a mis au point un matériau ferroélectrique sans plomb, basé sur le niobate de sodium, dont les propriétés peuvent être optimisées par contrainte épitaxiale.
- Des simulations informatiques suggèrent que les magnons, des ondes de spin magnétiques, peuvent être utilisés pour transmettre des signaux électriques de manière plus rapide et plus économe en énergie.
Le refroidissement des composants électroniques est un défi majeur, en particulier à mesure que la densité des transistors augmente. Une équipe de chercheurs de l’Université d’Osaka, de l’Université de Tokyo et de l’Institut national japonais des sciences et technologies industrielles avancées (NISTEP) a proposé une approche innovante basée sur le phénomène ionothermoélectrique. Cette technique consiste à contrôler le flux d’ions à travers des nanopores pour extraire la chaleur.
« Nous avons fabriqué un pore de taille nanométrique dans une membrane semi-conductrice et entouré ce nanopore d’une ‘porte’ sous la forme d’un nanofil », explique Makusu Tsutsui, professeur agrégé à l’Université d’Osaka. « L’application d’une tension à cette grille induit le flux d’ions à travers le nanopore. » En modulant la tension, les chercheurs peuvent contrôler la charge de surface du nanopore et ainsi diriger le flux d’ions. L’application d’une tension négative crée un nanopore chargé négativement, perméable uniquement aux cations (ions chargés positivement), qui emportent avec eux de la chaleur. L’inversion de la tension inverse le processus, transformant le système en source de chaleur.
Les expériences menées par l’équipe ont démontré une baisse de température de plus de 2 K (degrés Kelvin) lors du passage du chauffage au refroidissement. « Nous avons placé un thermocouple à l’échelle nanométrique à côté des nanopores pour cartographier les changements de température », précise Tomoji Kawai, professeur à l’Université d’Osaka. « Le transfert de chaleur ionique dépend de la puissance d’entrée ainsi que des espèces ioniques utilisées. » Plus d’informations sur cette recherche sont disponibles dans l’article publié dans ACS Nano.
Parallèlement, une collaboration internationale impliquant des chercheurs de l’Université de l’Arkansas, de l’Université d’État de Caroline du Nord, de l’Université Cornell, de l’Université Drexel, de l’Université Stanford, de l’Université d’État de Pennsylvanie, du Laboratoire national d’Argonne et du Laboratoire national d’Oak Ridge a mis au point un nouveau matériau ferroélectrique sans plomb. Les matériaux ferroélectriques sont essentiels dans de nombreux composants électroniques, mais les versions traditionnelles contiennent du plomb, un métal toxique.
L’équipe a développé un film mince de niobate de sodium (NaNbO3), un matériau ferroélectrique prometteur, sur un substrat de titanate de strontium. La contrainte créée par la différence de structure cristalline entre les deux matériaux a permis d’obtenir simultanément trois phases différentes du niobate de sodium, optimisant ainsi ses propriétés ferroélectriques. « Ce qui est remarquable avec le niobate de sodium, c’est que même une petite modification de sa longueur entraîne des changements importants de phase », souligne Laurent Bellaiche, professeur de physique à l’Université de l’Arkansas. « Nous nous attendions à une transition d’une phase à une autre, mais pas à la coexistence de trois phases. » Les résultats de cette étude sont publiés dans Nature Communications. Les chercheurs prévoient maintenant d’étudier le comportement de ce matériau à des températures extrêmes, allant de -270 °C à 1 000 °C.
Enfin, des chercheurs de l’Université du Delaware et de l’Université du Maryland explorent le potentiel des magnons, des ondes de spin magnétiques, pour le transport d’informations. Grâce à des simulations informatiques, ils ont découvert que le mouvement des magnons dans des matériaux antiferromagnétiques peut générer des signaux électriques détectables.
« Nos résultats prédisent que nous pouvons détecter les magnons en mesurant la polarisation électrique qu’ils créent », explique Matthew Doty, professeur à l’Université du Delaware. « Plus excitant encore, nous pourrions utiliser des champs électriques externes, y compris la lumière, pour contrôler le mouvement des magnons. » D. Quang To, chercheur postdoctoral à l’Université du Delaware, ajoute : « Notre cadre mathématique fournit un outil puissant pour prédire et manipuler le comportement des magnons. » Les détails de cette recherche sont disponibles dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences. Les chercheurs mènent actuellement des expériences pour valider ces prédictions et étudier l’interaction entre les magnons et la lumière.
Pour aller plus loin
