Physique : le prix Nobel 2000 a été conjointement attribué pour une moitié au Russe Jaurès Alferov (chercheur russe, 70 ans) et  à l'Allemand Herbert Kroemer (72 ans), chercheurs à l'origine des "hétérostructures" (nouveaux composants optoélectronique), et pour l'autre moitié à l'Américain Jack Kilby (76 ans), l'inventeur du circuit intégré.
Dans ses attendus, l'Académie royale souligne que "ces travaux ont jeté les bases des nouvelles technologies de l'information, en permettant le mise au points d'objets, petits par la taille mais capables d'acheminer rapidement de grands volumes d'information".

C'est en 1958 que Jack Kilby, entré au service du groupe Texas Instrument, met au point le premier circuit intégré. Avec l'invention du transistor en 1947, le gain de place par rapport aux lampes à vide avait été énorme mais il fallait encore assembler les éléments un à un et souder les fils électriques à la main : des opérations très longues, posant des problèmes de fiabilité à cause des  nombreux points de soudure. Comment relier de manière rapide et fiable l'ensemble des composants ? Contrairement à ses collègues voulant les empiler verticalement, Kilbi à l'idée de les arranger dans un plan. Selon lui, si tous les éléments et les connecteurs qui les relient sont fabriqués dans le même matériau, on peut obtenir un énorme gain de place pour un temps de fabrication réduit.
Au départ, son "circuit intégré monolithique" est des plus rustique : un éclat de germanium gros comme l'ongle collé sur une plaque de verre (un seul transistor et deux composants passifs) et ne sert qu'à afficher une courbe sinusoïdale sur un écran d'oscilloscope. En tous cas, la démonstration est faite que ce circuit intégré fonctionne.
A noter que les cristaux de germanium seront rapidement abandonnés au profit du silicilium, facile d'utilisation et beaucoup moins coûteux. Utilisées rapidement par l'armée dans leurs ordinateurs et missiles nucléaires, les puces électroniques n'apparaîtront cependant au grand public qu'en 1967, avec l'invention de la calculatrice de poche (dont Jack Kilby est le co-inventeur).

***

J.Alferov

Jaurès Alferov et Herbert Kroemer, pour leur part, ont défriché à partir des années soixante -et de manière indépendante- la voie des "hétérostructures", matériaux semi-conducteurs en couches minces. Celles-ci se présentent sous la forme d'un sandwich composé de deux tranches de matériaux semi-conducteurs : un alliage à base d'arsénure de gallium et d'aluminium (AsGA/Al) enserrant une tranche d'arsénure de gallium (AsGa) qui confine les électrons.

H. Kroemer

Ces hétérostructures, à la base de notre monde technique, composent les transistors rapides, les diodes lasers ou les circuits intégrés. Les transistors rapides trouvent leur emploi de prédilections dans les télécommunications : satellites et stations relais de téléphone mobiles. Les diodes lasers recourant à cette technologie convoient les flux de données dans les fibres optiques utilisées en téléphonie, pour l'internet. Les hétérostructures permettent aussi la fabrication de diodes électroluminescentes puissantes utilisées pour les feux de signalisation des voitures ou des lecteurs de CD.

Ces trois chercheurs ont en effet signé "Synthesis of Highly Conducting Films of Derivatives of Polyacetylene", article écrit en 1977, faisant date dans les annales de chimie puisqu'il explique comment transformer un isolant, en l'occurrence le plastique (qu'on appelle de manière savante polymère), en matériau conducteur comme du métal. Une véritable gageure !
Quel est le secret ?
Un polymère est une macromolécule faite de la séquence linéaire de modules tous semblables, assemblés comme un collier de perles. Pour que ce genre de molécule (comme le polyacétylène*) puisse conduire l'électricité, il faut qu'elle comporte alternativement des liaisons simples et doubles entre ses atomes de carbone. Il faut également la "doper", ce qui consiste à enlever des électrons (par oxydation à la vapeur d'iode) ou en ajouter (par réduction). Ces trous -ou électrons supplémentaires- ont la particularité de pouvoir se déplacer tout au long de la molécule, qui devient ainsi capable de conduire le courant.

Les polymères conducteurs  (on en connaît maintenant une dizaine : polyacétylène, polyaniline, polypyrole...) sont aujourd'hui employés comme filtre antirayonnements sur les écrans d'ordinateurs ou dans les cellules solaires. Ils sont également utilisés pour des cadrans d'autoradio, de téléphone mobile ou de télévision miniature. A plus ou moins long terme, ils devraient conduire à la fabrication d'écrans vidéos souples géants que l'on pourra accrocher au mur, ou encore de pare-brises conducteurs (donc chauffant)....
Un autre voie de recherche concerne aujourd'hui l'essor de l'électronique moléculaire (cf. chronique du 26 avril 2000 : Nouvelle ère de l'électronique plastique).

*L'acétylène est constituée de 2 atomes d'hydrogène et de 2 atomes de carbone, ce dernir élément offrant 4 électrons périphériques ( permettant l'attache d'une molécule semblable, et ainsi de suite, composant ainsi le polyacétylène).