A13 Electronique Quantique, Photonique et MEMS

Topique

À la frontière entre l'électronique conventionnelle et la physique quantique apparaissent des dispositifs dont le fonctionnement repose directement sur des phénomènes quantiques. Les LED et les lasers à semi-conducteurs émettent des photons lorsqu'un électron et un trou se recombinent au sein du matériau – la même recombinaison décrite par le modèle physique des semi-conducteurs – et l'énergie, et donc la couleur, de cette lumière émise dépend directement de la bande interdite définie par ce modèle. Différents matériaux permettent à cette même famille de dispositifs de couvrir le spectre allant de l'ultraviolet à l'infrarouge. L'efficacité quantique mesure la fraction des électrons injectés effectivement convertis en photons qui parviennent à s'échapper du dispositif ; c'est l'un des paramètres clés qui distinguent une LED de haute qualité d'une LED de qualité médiocre.

Les systèmes microélectromécaniques (MEMS) intègrent, sur la même puce que l'électronique de commande, des structures mécaniques microscopiques – poutres, membranes, masses suspendues – capables de vibrer ou de se déplacer. L'accéléromètre intégré à un smartphone, par exemple, est essentiellement une masse suspendue microscopique dont la fréquence de vibration naturelle varie de manière mesurable lorsque l'appareil accélère.

L'effet tunnel quantique, selon lequel une particule a une probabilité non nulle de franchir une barrière d'énergie qui, d'après la physique classique, devrait être infranchissable, est à la base de certains instruments de microscopie à ultra-haute résolution et des processeurs quantiques actuels. Leurs éléments de base — les qubits supraconducteurs — doivent fonctionner à des températures extrêmement proches du zéro absolu afin que le bruit thermique, décrit par le modèle de bruit électronique, ne détruise pas l'état quantique fragile qu'ils maintiennent.

Ainsi, ce module, qui débute à la frontière entre l'électronique conventionnelle et la physique quantique, conclut en montrant que cette frontière n'est pas une limite abstraite : il s'agit, très concrètement, de la température à laquelle le bruit thermique ordinaire cesse d'être une nuisance gérable et commence à détruire complètement le phénomène quantique qu'un dispositif doit préserver pour fonctionner.

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