Transistors en bois prennent racine

Wood transistors take root.

Le silicium a toujours joué un rôle de premier plan dans l’informatique. L’élément est apprécié pour sa faible résistance, son niveau élevé de stabilité et sa disponibilité généralisée. Ces facteurs font de la substance naturelle un matériau idéal pour transporter rapidement, efficacement et à moindre coût des électrons – et des données.

Cependant, une nouvelle branche de l’électronique a fait son apparition. Des chercheurs de l’Université de Linköping et de l’Institut royal de technologie KTH en Suède ont développé le premier transistor en bois au monde. Bien qu’il soit encore loin d’être un dispositif commercial fonctionnel – et qu’il ne soit pas conçu pour remplacer les semi-conducteurs CMOS – la preuve de concept promet de tourner une nouvelle page dans l’informatique.

Les transistors à base de plantes pourraient soutenir de nouveaux types de capteurs et de dispositifs, tout en introduisant des déchets électroniques compostables. “La fibre de bois introduit des propriétés totalement différentes qui pourraient conduire à de nouveaux types de systèmes électroniques et de nouvelles façons d’interagir avec la nature”, déclare Isak Engquist, professeur agrégé principal en électronique organique à l’Université de Linköping et co-auteur de l’article de mars 2023, “Modulation du courant électrique dans le transistor électrochimique en bois”.

Ajoute Peter Fratzl, directeur de l’Institut Max Planck de Colloïdes et Interfaces en Allemagne et rédacteur de l’article, “Une utilisation plus éclairée des matériaux végétaux – fondée sur une connaissance approfondie de la structure et des relations fonctionnelles de ces matériaux naturels – introduira des utilisations à haute valeur ajoutée pour les plantes. Cela inclut le bois en tant que matériau de stockage d’énergie, le bois transparent et les structures en bois utilisées comme modèles pour les batteries et les électrodes.”

• L’Administration Biden envisage de renforcer les restrictions sur la vente de puces d’intelligence artificielle à la Chine.
• Alphabet mise sur les lasers pour fournir Internet dans les zones éloignées
• Professeur IA Harvard prévoit de déployer un bot similaire à ChatGPT en tant qu’instructeur en informatique.

Une nouvelle branche de l’électronique

Les frontières entre les interfaces biotiques et abiotiques ont émergé comme un domaine d’intérêt majeur ces dernières années. Les électroniques organiques à base de polymères hautement flexibles apparaissent déjà dans les écrans de téléphones et d’autres appareils. Cependant, il y a maintenant un intérêt croissant pour incorporer une variété de matériaux – des cellules humaines aux plantes réelles – dans les systèmes informatiques. Cela pourrait donner naissance à de tout nouveaux types de calcul.

Des structures microscopiques en bois et des canaux de transport de l’eau – des structures hautement complexes basées sur des processus naturels – sont à la base de cette recherche, explique Daniel T. Simon, responsable du groupe de bioélectronique organique à l’Université de Linköping. Par exemple, les transistors en bois pourraient conduire à une toute nouvelle classe de semi-conducteurs qui pourraient être intégrés aux arbres et autres plantes pour mesurer les polluants, ou peut-être programmer la production de fruits.

Les chercheurs ont utilisé du bois de balsa, qui possède des canaux naturels et une structure cellulaire régulière et uniformément répartie, pour soutenir et réguler en continu l’électricité qui circule. “La structure poreuse du bois le rend idéal pour le transport ionique et la conductivité”, déclare Tran van Chinh, doctorant qui a servi de chercheur principal pour le projet et co-auteur de l’article académique du groupe.

L’équipe a transformé le bois en transistor en enlevant la lignine – un polymère organique contenant de l’oxygène qui se trouve naturellement dans les arbres. Ce processus n’a laissé dans la structure que les longues fibres de cellulose qui soutiennent les canaux électriques. Les chercheurs ont ensuite rempli les canaux avec un plastique conducteur appelé PEDOT:PSS. Le résultat était du bois électroconducteur (CW) qui a été utilisé pour construire un transistor électrochimique en bois (WECT).

Dans le passé, les chercheurs étaient limités à la régulation du transport des ions dans le bois ; ils ne pouvaient pas construire un circuit complet qu’ils pouvaient contrôler entièrement. La percée du groupe offre un modèle pour la construction de transistors électrochimiques. “Le bois est très attrayant car il possède des canaux qui peuvent gérer à la fois le transport ionique et électronique, et il est compostable et décomposable”, déclare Engquist.

Les copeaux de bois passent au niveau supérieur

Bien que les transistors en bois ne puissent pas rivaliser avec le silicium en termes de vitesse et de performances – les transistors en bois ne fonctionnent actuellement qu’à environ 1 Hz – Engquist et d’autres chercheurs affirment que la technologie pourrait modifier la relation entre les humains et les arbres et les plantes, tout en introduisant de tout nouveaux types de dispositifs. “Il y a de nombreux cas où la vitesse n’a pas d’importance”, dit-il.

Par exemple, les arbres avec des circuits en bois pourraient servir de dispositifs Internet des objets (IoT) qui traitent les données à l’aide de circuits vivants intégrés. En plus de contrôler la croissance et l’arrêt et d’initialiser la floraison ou la production de fruits, Simon estime que la technologie pourrait libérer de nouvelles nanotechnologies, des appareils portables et médicaux, ainsi que des systèmes de stockage d’énergie organiques qui pourraient servir de batteries et de supercondensateurs.

Un avantage majeur des circuits à base de bois par rapport aux transistors CMOS, ajoute Simon, est que l’eau, le sel et d’autres éléments corrosifs n’affecteront pas négativement les performances ou ne détruiront pas le circuit. En conséquence, le bois ou des semi-conducteurs similaires à base de biomatériaux pourraient être utilisés dans des environnements sensibles, tels que l’intérieur du corps humain ou dans des environnements humides. “La technologie conduira probablement à de nouveaux et passionnants domaines d’application”, déclare Simon.

Néanmoins, il faudra probablement des années avant que la technologie WECT ne s’épanouisse et n’ait un impact significatif sur le monde de l’informatique. Pour l’instant, Engquist, van Chinh et d’autres continuent d’expérimenter avec différents types de bois, des orientations variées de structures cellulaires et la combinaison de matériaux présentant différentes propriétés polymères et conductrices afin d’obtenir des résultats différents.

“Cette recherche constitue la première étape importante dans le développement d’un nouveau type de transistor, qui étend considérablement ce qui est disponible aujourd’hui avec le silicium”, conclut Engquist. “Dans les années à venir, les transistors en bois pourraient avoir un impact énorme sur l’électronique et la durabilité.”

Samuel Greengard est un auteur et journaliste basé à West Linn, OR, USA.

We will continue to update IPGirl; if you have any questions or suggestions, please contact us!