Des physiciens résolvent un mystère vieux de 140 ans

Les scientifiques découvrent le fonctionnement interne d’un effet qui mènera à une nouvelle génération d’appareils.

• Les chercheurs découvrent une méthode d’extraction de l’information qui n’était pas disponible auparavant à partir des supraconducteurs.
• L’étude s’appuie sur une découverte faite au XIXe siècle par le physicien Edward Hall.
• La recherche promet d’aboutir à une nouvelle génération de matériaux et de dispositifs semi-conducteurs.

De nouvelles recherches, menées par IBM, ont permis de résoudre un mystère qui a déconcerté les physiciens pendant 140 ans. Cela promet d’aboutir à une nouvelle génération de matériaux semi-conducteurs et de dispositifs qui les utilisent.

L’invention des semi-conducteurs a joué un rôle déterminant dans l’avènement de notre ère numérique. Vous pouvez trouver ces substances porteuses d’électricité dans votre smartphone et votre ordinateur. Une amélioration dans ce domaine pourrait avoir des ramifications majeures pour les futurs gadgets.

En 1879, le physicien américain Edward Hall découvre l’effet Hall, montrant qu’il est possible de mesurer la circulation de l’électricité dans un conducteur. Il a découvert que parce qu’un champ magnétique dévie le mouvement des charges électroniques dans un conducteur, on peut mesurer l’ampleur de cette déviation. Ce nombre décrira la tension perpendiculaire (ou transversale) au flux de charge.

Les chercheurs modernes ont reconnu que l’on peut aussi mesurer l’effet Hall en utilisant la lumière dans les expériences dites photo-Hall qui génèrent de multiples porteurs (ou paires électron-trou) dans les supraconducteurs. Malheureusement, si la tension de Hall fournit des informations cruciales sur ces porteurs de charge dans un semi-conducteur, elle se limite aux propriétés du porteur de charge dominant (ou majoritaire), expliquent les auteurs Oki Gunawan et Doug Bishop dans un article sur le blog de recherche d’IBM.

Pour faire progresser les applications utilisant la lumière, notamment les dispositifs optoélectroniques comme les cellules solaires, les DEL et les lasers, ainsi que la technologie de l’intelligence artificielle, il serait essentiel de connaître les porteurs de charge majoritaires et minoritaires, qui influent sur les changements de conductivité, et d’obtenir des renseignements sur ces deux types de porteurs.

Des chercheurs du KAIST (Korea Advanced Institute of Science and Technology), du KRICT (Korea Research Institute of Chemical Technology), de l’Université Duke et d’IBM ont mis au point une nouvelle formule et une nouvelle technique pour obtenir l’information sur les porteurs majoritaires et minoritaires.

Cette méthode, appelée Carrier-Resolved Photo Hall (CRPH), permet d’extraire simultanément des informations sur les porteurs majoritaires et minoritaires comme la densité et la mobilité, la durée de vie des porteurs et les longueurs de diffusion. En fait, par rapport aux trois paramètres de mesure traditionnellement dérivés de l’effet Hall, la nouvelle technique permet d’obtenir jusqu’à sept paramètres d’information.

Crédit : Gunawan/Nature magazine

L’approche tire également parti d’un outil mis au point par IBM, le parallel dipole line (PDL) trap, qui génère un champ magnétique oscillant. Il fonctionne comme un système idéal pour les expériences de photo-Hall en raison de la grande quantité d’espace qu’il alloue pour l’éclairage des échantillons.

Si vous souhaitez en savoir plus sur le sujet, jetez un coup d’œil à la nouvelle étude publiée dans le magazine Nature.

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Source : Big Think – Traduit par Anguille sous roche