Un autre composant manquant pourrait révolutionner l'électronique

En 1971, Leon Chua, un jeune ingénieur en électronique de l'Université de Californie à Berkeley, a commencé à travailler sur un cadre mathématique fondamental pour l'électronique. Sa théorie était basée sur les relations entre la charge, le courant, le flux magnétique et la tension et la façon dont ces quantités électromagnétiques varient lorsqu'elles traversent les éléments de circuit de base des résistances, des condensateurs et des inductances.

Un courant traversant une résistance crée une tension. Pour une tension donnée, un condensateur stocke une certaine quantité de charge. Et un courant traversant une inductance génère un flux magnétique. Mais Chua vit qu'il manquait quelque chose : une relation entre la charge et le flux magnétique.

Il a postulé l'existence d'un dispositif pour relier ces deux quantités, qu'il a appelé un memristor, mais il y a peu pensé pendant plus de 30 ans. Puis, en 2004, des chercheurs des laboratoires de Hewlett-Packard ont annoncé qu'ils avaient créé un memristor et qu'il avait l'extraordinaire capacité de stocker des informations sans utiliser d'énergie. C'était comme une résistance avec de la mémoire.

Depuis lors, cette équipe et d'autres ont emballé des memristors dans des puces pour simuler, entre autres, la façon dont le cerveau humain traite l'information. Et d'autres chercheurs ont commencé la recherche de memcapacitors et de meminductors, des versions analogues des autres composants électroniques passifs.

Cette histoire soulève une question intéressante. Y a-t-il d'autres éléments électroniques encore à découvrir, et si oui, que feraient-ils ?

Aujourd'hui, nous obtenons une réponse grâce au travail de Sungsik Lee de l'Université nationale de Pusan ​​en Corée du Sud. Alors que Chua s'est concentré sur les composants électroniques passifs tels que les résistances et les condensateurs, Lee a étudié les propriétés des composants électroniques actifs tels que les transistors. Il dit qu'il a identifié une autre lacune et que l'appareil manquant, s'il peut être construit, aura de profondes conséquences pour l'avenir de l'électronique.

Le raisonnement de Lee se concentre sur le dispositif électronique actif le plus important : le transistor. Il a une sortie qui peut être commutée par une entrée de courant ou de tension. En d'autres termes, un transistor est un moyen d'activer et de désactiver le courant.

Mais il n'existe pas de dispositif comparable pour commuter une tension. Il se propose de décrire un tel dispositif.

Les transistors prennent un signal d'entrée et le transfèrent à la sortie de courant, un peu comme une résistance variable. D'où le nom - une combinaison de transfert et de résistance. En revanche, l'appareil qu'il imagine transférerait un signal d'entrée dans une sortie de tension, comme un condensateur variable. Alors Lee l'appelle un trancitor.

Il poursuit en suggérant comment il pourrait être utilisé. Une application évidente consiste à coupler un trancitor et un transistor pour créer des circuits beaucoup plus simples et plus économes en énergie que les conceptions existantes. Par exemple, Lee montre comment il serait possible de créer un simple amplificateur de tension en utilisant un seul transcitor et un seul transistor. En revanche, une version classique de ce circuit nécessite quatre transistors.

Lee poursuit en simulant un tel circuit et affirme que le résultat est plus petit, moins gourmand en énergie et plus rapide que les circuits conventionnels à transistors uniquement.

Cela a des implications importantes pour les appareils électroniques. Les circuits transistor-trancitor prendraient beaucoup moins de place, utiliseraient moins d'énergie et fonctionneraient à des vitesses plus élevées que les circuits conventionnels. Les transcripteurs apporteraient un nouveau paradigme de l'électronique, dit Lee.

Mais il reste une question importante sans réponse : comment construire un trancitor.

Lee dit que son nouvel appareil pourrait fonctionner en utilisant l'effet Hall bien connu, qui produit une tension aux bornes d'un conducteur lorsqu'un champ magnétique est appliqué dans une direction perpendiculaire au courant. Mais comment cela pourrait être exploité à l'échelle du nanomètre dans des circuits compatibles CMOS n'est pas clair.

Les circuits électroniques d'aujourd'hui ont été optimisés au fil des décennies, de sorte que tout nouvel appareil aurait du rattrapage à faire.

L'une des raisons pour lesquelles le memristor de Chua a mis tant de temps à trouver est que les propriétés matérielles qui lui permettent de fonctionner ne peuvent être manipulées qu'à l'échelle atomique. Il n'y avait donc aucun moyen d'en fabriquer un efficacement jusqu'à relativement récemment.

L'effet Hall fonctionne certainement à l'échelle des porteurs de charge subatomiques. Donc, tout ce dont nous avons besoin maintenant, c'est d'un ingénieur en électronique entreprenant pour trouver un moyen de construire un trancitor et de l'utiliser.

Réf : arxiv.org/abs/1805.05842 : Un périphérique actif manquant - Trancitor pour un nouveau paradigme de l'électronique

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