fr.wedoany.com Rapport : Zhou Miao, chercheur national de haut niveau, scientifique en chef du Programme national clé de recherche et développement, et professeur à l'Université d'aéronautique et d'astronautique de Pékin, a expliqué de manière vulgarisée le rôle central de l'effet tunnel quantique dans les technologies industrielles modernes. L'effet tunnel quantique désigne le phénomène quantique par lequel une particule microscopique a une probabilité de traverser directement une barrière de potentiel, même lorsque son énergie est insuffisante pour la franchir. Cet effet constitue une base physique essentielle pour les semi-conducteurs, les microscopes et les dispositifs électroniques de précision.
Les caractéristiques de l'effet tunnel quantique se déclinent en trois aspects. Premièrement, la particule peut traverser une barrière malgré un manque d'énergie : lorsque l'énergie de la particule est inférieure à la hauteur de la barrière, il existe une probabilité de traversée ; plus la barrière est fine et plus l'écart d'énergie est faible, plus le taux de succès de l'effet tunnel est élevé. Deuxièmement, l'effet tunnel est un événement probabiliste aléatoire, impossible à prédire avec précision ; seule la probabilité globale de traversée peut être statistiquement estimée. Troisièmement, le processus de l'effet tunnel diffère du mouvement classique : la particule est observée de l'autre côté de la barrière grâce à l'extension de sa fonction d'onde et à sa distribution de probabilité, sans trajectoire continue.
Les diodes tunnel exploitent l'effet tunnel électronique pour obtenir des caractéristiques de conduction électrique spéciales. Elles ont été largement utilisées dans les radios, les circuits de régulation de tension et les composants de commutation haute fréquence, constituant des composants essentiels de l'industrie électronique naissante. Le microscope à effet tunnel repose sur le phénomène d'effet tunnel électronique entre la pointe et la surface de l'échantillon pour surveiller les variations de courant, permettant de cartographier des surfaces à l'échelle atomique, ce qui a favorisé le développement des nanomatériaux et de la physique de la matière condensée. L'écriture et l'effacement des données dans les mémoires flash dépendent de l'effet tunnel électronique dans la structure de grille flottante pour réaliser le transfert de charges, rendant possible la fabrication de puces de stockage à grande capacité.
Dans le domaine de la recherche et du développement de puces, les transistors à un électron basés sur la technologie de l'effet tunnel contrôlé, grâce à la capacité de contrôle du passage des électrons à travers les barrières, permettent de réduire la taille des composants des puces, d'augmenter leur intégration et de diminuer leur consommation d'énergie. Dans le domaine de la détection de précision, le courant tunnel est extrêmement sensible aux variations de l'environnement extérieur, ce qui permet de fabriquer des dispositifs de surveillance non invasifs de très haute précision, des micro-capteurs flexibles et des dispositifs de navigation ne dépendant pas des signaux GPS. Dans le domaine du calcul quantique, l'effet tunnel quantique est un mécanisme physique important dans certains matériels ; en contrôlant précisément le moment et le chemin de l'effet tunnel, il contribue à la construction d'états quantiques et de dispositifs quantiques contrôlables, soutenant ainsi l'amélioration de la stabilité, de la contrôlabilité et de l'intégration des systèmes de calcul quantique.
