Au-delà du CMOS

Les TFET basés sur des semi-conducteurs III-V peuvent constituer une option viable pour remplacer les MOSFET pour les applications de faible puissance. Ce chapitre montre, par des simulations basées sur la fonction de Green de non équilibre, les potentialités et les limites de cette technologie pour différents matériaux et en présence de désordre ou contrainte.

Le potentiel des matériaux 2D pour des applications dans les transistors à effet de champ présenté sur la base de simulations de transport quantique d’électrons basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité, les fonctions localisées de Wannier et la fonction de Green hors équilibre. Il en résulte un aperçu détaillé et des perspectives claires.

Le FET à capacité négative est prometteur grâce à la diminution de sa tension d'alimentation. Cependant, l'authenticité de la capacité négative dans différentes conditions d'essai reste controversée. Après l'introduction de ses principes fondamentaux, ce chapitre se concentre sur les défis et opportunités du point de vue de la physique des dispositifs, et présente un aperçu des progrès expérimentaux.

Le Z2FET est un transistor à effet de champ avec « zéro » pente sous le seuil et « zéro » impact ionisation, basé sur une diode partiellement couverte par la grille et polarisée en direct sur silicium sur oxyde. Ce chapitre présente son fonctionnement, sa modélisation, les preuves expérimentales ainsi que la DRAM, les optimisations et d'autres applications potentielles.

L'introduction des systèmes 2D en spintronique a été à l'origine de plusieurs découvertes majeures et de phénomènes originaux. Ce chapitre passe en revue les avancées et applications dans ce domaine, comme l'effet Rashba-Edelstein inverse, le transport de spin dans les matériaux 2D et leur intégration dans les jonctions tunnel magnétiques, les mémoires magnétiques à accès aléatoire et les propriétés de spin des isolants topologiques.

Les matériaux 2D ouvrent la possibilité d'aborder et de manipuler le pseudospin de vallée au sein du matériau, ainsi permettant la réalisation de dispositifs de valléetronique. Ce chapitre présente le contexte nécessaire pour comprendre ces phénomènes au niveau théorique et expérimental, et les perspectives et les défis dans le domaine de l'informatique.

Après une brève description de la technologie des jonctions moléculaires, suivie d'une introduction à la physique de base du transport des électrons, plusieurs sections passent en revue des résultats sélectionnés sur le transport dépendant du spin, la plasmonique, les interférences quantiques, le transport thermique et le bruit électronique dans les dispositifs de l’électronique moléculaire.

Après une introduction historique sur la supraconductivité et ses applications de base comme la jonction Josephson et le SQUID, ce chapitre se focalise sur l'électronique supraconductrice émergente et ses applications. En partant des guides d’onde et le détecteur, l’analyse passe à l’électronique numérique, avec une explication détaillée du fonctionnement des cellules logiques et de mémoire, jusqu’à l’informatique neuromorphique et quantique.

Par rapport au traitement électrique des données, en passant au domaine optique et aux circuits nanophotoniques la bande passante disponible augmente considérablement, la parallélisation est intrinsèquement possible et le calcul en mémoire peut être réalisé avec des matériaux à changement de phase. Ce chapitre présente les détails et les applications de cette technologie, jusqu’à un réseau neuronal artificiel optique.