Le progrès mis en équation.

Les récents développements de l’électronique passent par plusieurs chemins, par le développement de nouvelles approches (utilisant des photons, ou des qubits), ou par la création de matériaux innovants. C’est à ces matériaux que nous allons nous intéresser, grâce à une équipe de l’Université de Princeton.

Un exemple de théorie des semi-conducteurs, qui m'a personnellement couté beaucoup de points aux examens.

En effet, dans un article paru à la fin du mois dernier, l’équipe du Pr. Eily Carter a publié dans Physical Review B un article présentant un nouveau modèle capable de prédire les propriétés caractéristiques d’un matériau semi-conducteur, comme la densité d’électrons. Cela permet de simuler des matériaux avant de tenter de les fabriquer, ce qui peut constituer un gain de temps considérable. Un modèle précédent existait déjà, mais permettait de ne simuler que quelques centaines d’atomes, contre jusqu’à un million, et d’un matériau pur, là où il est maintenant possible d’inclure des défauts.

La théorie qui sous-tend ce modèle est relativement vieille, puisqu’elle date de 1924, avec la première approche de Thomas et Fermi, qu’on pourrait résumer par cette équation:

Je commençais à trouver que ça manquait d'équations par ici.

liant l’énergie d’un atome à la densité électronique du matériau. Puis vinrent Hohenberg, Kohn et Sham qui permirent d’affiner grandement ce modèle (je vous fais grâce des équations, de toutes façons, je ne suis pas sur de bien comprendre leurs implications). Ce qu’il faut retenir, c’est que grâce à ces trois là, les principes de Thomas et de Fermi trouvaient enfin une application aux matériaux réels.

Emily Carter s’est penchée au tour de sa carrière sur ce problème, jusqu’à développer un modèle qui semblait bien décrire les métaux, mais posait des problèmes au moment de se tourner vers les semi-conducteurs, les matériaux employés dans le domaine de l’électronique. En se penchant sur les différences entre ces deux types de matériaux (la réponse aux champs électriques notamment), la scientifique, avec l’aide d’un étudiant, à réussi à mettre sur pied un modèle fonctionnant pour les deux matériaux, et pour de nombreux autres.

C’est en appliquant des concepts théoriques datant d’il y a plus de 80 ans que cette équipe a pu mettre au point un outil qui peut accélérer grandement les progrès de l’électronique, permettant une application des principes de la physique quantique à une échelle peu commune. Cela montre combien des avancées théoriques, pouvant sembler aussi obscures que déconnectées de la réalité, peuvent s’avérer plus qu’utiles sur le long terme.

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