La nanoélectronique au service de la métrologie de l'ampère

La maîtrise des moyens de nanofabrication a permis aux physiciens d’élaborer des dispositifs électroniques capables de générer des courants quantifiés. Les premières pompes à électrons étaient fondées sur l’effet tunnel monoélectronique et étaient constituées de barrières tunnel fixes et d’îlots métalliques. Ces dispositifs ont ouvert la voie à l’électronique à un électron mais ne peuvent générer que de très faibles courants ne dépassant pas 10 pA (10 ⁻¹¹  A). Depuis une décennie, de nouveaux nanodispositifs apparaissent. Ils sont capables de pomper les électrons à des fréquences plus grandes, sont plus simples à utiliser et peuvent être associés en parallèle. Ils peuvent ainsi devenir des outils métrologiques avec des perspectives intéressantes pour la métrologie de l’ampère. Nous présenterons dans cet article les nanodispositifs électroniques qui semblent actuellement les plus prometteurs pour atteindre cet objectif.

D’autre part, le monde de la métrologie se prépare pour de profondes modifications du système d’unités (SI). L’ensemble des instituts nationaux de métrologie (INM) est en effet impliqué dans un projet historique qui vise à redéfinir certaines unités de base à partir de valeurs fixées d’un nombre restreint de constantes fondamentales. Ces constantes de la nature présentent des avantages considérables et conféreraient au futur système SI une base solide. En effet, elles décrivent les propriétés universelles de la matière et de ses interactions, et sont indépendantes de tout système référentiel considéré, ainsi que de sa position dans l’espace et le temps. Dans ce contexte, l’utilisation de nanodispositifs monoélectroniques permettrait de définir un ampère quantique où l’unité du courant électrique serait directement reliée à la charge élémentaire, e .