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Sep 01, 2023

Un simple dispositif supraconducteur pourrait réduire considérablement la consommation d'énergie dans l'informatique et d'autres applications

Image précédente Image suivante Des scientifiques du MIT et leurs collègues ont créé un simple dispositif supraconducteur capable de transférer le courant à travers des appareils électroniques beaucoup plus efficacement qu'il n'est possible.

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Les scientifiques du MIT et leurs collègues ont créé un dispositif supraconducteur simple qui pourrait transférer le courant à travers des appareils électroniques beaucoup plus efficacement qu'il n'est possible aujourd'hui. En conséquence, la nouvelle diode, une sorte de commutateur, pourrait réduire considérablement la quantité d’énergie utilisée dans les systèmes informatiques haute puissance, un problème majeur qui pourrait s’aggraver. Même si elle en est aux premiers stades de développement, la diode est plus de deux fois plus efficace que les diodes similaires signalées par d’autres. Cela pourrait même faire partie intégrante des technologies émergentes d’informatique quantique.

Les travaux, qui sont rapportés dans le numéro en ligne du 13 juillet de Physical Review Letters, font également l'objet d'un article dans Physics Magazine.

"Cet article montre que la diode supraconductrice est un problème entièrement résolu d'un point de vue technique", déclare Philip Moll, directeur de l'Institut Max Planck pour la structure et la dynamique de la matière en Allemagne. Moll n'a pas été impliqué dans les travaux. "La beauté de [ce] travail est que [Moodera et ses collègues] ont obtenu des efficacités records sans même essayer [et] leurs structures sont encore loin d'être optimisées."

"Notre ingénierie d'un effet de diode supraconductrice robuste et capable de fonctionner sur une large plage de températures dans des systèmes simples peut potentiellement ouvrir la porte à de nouvelles technologies", déclare Jagadeesh Moodera, responsable des travaux en cours et chercheur scientifique principal au département de recherche du MIT. La physique. Moodera est également affilié au Laboratoire de recherche sur les matériaux, au Laboratoire Francis Bitter Magnet et au Plasma Science and Fusion Center (PSFC).

La diode rectangulaire nanoscopique – environ 1 000 fois plus fine que le diamètre d’un cheveu humain – est facilement évolutive. Des millions pourraient être produits sur une seule plaquette de silicium.

Vers un interrupteur supraconducteur

Les diodes, dispositifs qui permettent au courant de circuler facilement dans un sens mais pas dans l'autre, sont omniprésentes dans les systèmes informatiques. Les puces informatiques modernes à semi-conducteurs contiennent des milliards de dispositifs de type diode, appelés transistors. Cependant, ces appareils peuvent devenir très chauds en raison de la résistance électrique, ce qui nécessite de grandes quantités d'énergie pour refroidir les systèmes haute puissance des centres de données derrière une myriade de technologies modernes, y compris le cloud computing. Selon un article d'actualité paru en 2018 dans Nature, ces systèmes pourraient consommer près de 20 % de l'énergie mondiale d'ici 10 ans.

En conséquence, les travaux visant à créer des diodes constituées de supraconducteurs sont un sujet brûlant en physique de la matière condensée. En effet, les supraconducteurs transmettent le courant sans aucune résistance en dessous d'une certaine température basse (la température critique) et sont donc beaucoup plus efficaces que leurs cousins ​​semi-conducteurs, qui présentent une perte d'énergie notable sous forme de chaleur.

Cependant, jusqu’à présent, d’autres approches du problème faisaient appel à une physique beaucoup plus complexe. « L’effet que nous avons découvert est dû [en partie] à une propriété omniprésente des supraconducteurs qui peut être réalisée de manière très simple et directe. Cela vous regarde en face », explique Moodera.

Selon Moll, de l'Institut Max Planck, « ​​ces travaux constituent un contrepoint important à la mode actuelle consistant à associer les diodes supraconductrices [à] une physique exotique, telle que les états d'appariement à moment fini. Alors qu’en réalité, une diode supraconductrice est un phénomène courant et répandu présent dans les matériaux classiques, du fait de certaines symétries brisées.

Une découverte quelque peu fortuite

En 2020, Moodera et ses collègues ont observé des preuves d'une paire de particules exotiques connues sous le nom de fermions Majorana. Ces paires de particules pourraient conduire à une nouvelle famille de qubits topologiques, éléments constitutifs des ordinateurs quantiques. En réfléchissant aux approches de création de diodes supraconductrices, l’équipe s’est rendu compte que la plate-forme matérielle développée pour les travaux de Majorana pourrait également être appliquée au problème des diodes.