L’EFFET ENDOCHRONIQUE DES LIGNES

A RETARD NEGATIF

 

 

A Isaac ASIMOV

 

De nouvelles possibilités d’évolution pour les Micro-Processeurs ?

 

Ces deux dernières décades, l’informatique, l’électronique, et l’automatisme en général ont fait un bond phénoménal qui n’aurait pas pu être imaginé ne serait-ce que seulement dix ans plus tôt.

Les systèmes dits intelligents, cybernétiques et robotiques, associés à cette informatique et à cette électronique, se sont eux aussi développés plus qu’il n’était logique et habituel de l’admettre dans les années 70. D’autres théories, qui jusque là étaient restées dans le domaine de l’utopie, se sont rationalisées petit à petit grâce, notamment, à ces nouvelles technologies.

D’autre part, la corrélation entre les nouveaux matériaux mis au point, les nouvelles structures organiques et leurs diverses propriétés physiques et chimiques a, ces dernières années, éclairé d’un jour nouveau le mécanisme des réactions nucléaires. Ce domaine particulier a été bouleversé, notamment en ce qui concerne les théories de résonances à très hautes fréquences (>1000GHz), dans les champs magnétiques et électriques intenses.

Dans ce contexte, la technologie des systèmes vibratoires de cristaux dits « pollués-enrichis » a pu effectivement confirmer les assertions des physiciens, jusque là cantonnées dans une théorie largement controversée. Par suite, des applications tout à fait intéressantes sont en train de voir le jour, particulièrement depuis la découverte et la preuve matérielle et expérimentale de la nature endochronique (ou antachronique), c’est à dire temporellement instables , de certains sels hydroniques de composés transuraniens.

Cette théorie a trouvé des applications immédiates dans les recherches menées sur les systèmes oscillatoires de très hautes fréquences montés sur des calculateurs rapides.

Déjà les premiers processeurs de pré-série, dépassant donc le stade de l’expérimental et du prototype, ont été produits par une filiale spécialisée d’IBM, travaillant de concert avec la NASA, et donnés à tester dans certains montages expérimentaux. Les premiers résultats satisfaisants donnaient une fréquence d’horloge obtenue de l’ordre de la centaine de Gigahertz, qui a rapidement été portée au millier de Gigahertz. Le décalage endochronique permettrait en effet une multiplication aisée des fréquences de fonctionnement.

Certains problèmes techniques évidents avaient jusqu’ici empêché, ou du moins fortement entravé la mise en pratique de cette récente et alléchante théorie mais à présent, notamment avec l’apparition au stade expérimental avancé de systèmes à hyperlasers, cet écueil vient d’être surmonté.

Pourtant, la Théorie de l’effet endochronique des lignes à retard négatif , origine de ces bouleversements, demande à être expliquée. Pour cela, il faut faire appel à des notions de Relativité Restreinte et Généralisée, ainsi qu’à la Mécanique Ondulatoire.

L’article qui suit, qui est la première partie d’un rapport paru dans la revue scientifique relativement confidentielle « Journal of Quantics and Psycho Electronics », nous en dévoile certains aspects.


L’EFFET ENDOCHRONIQUE DES LIGNES A « RETARD NEGATIF »

APPLIQUE AUX PROCESSEURS HYPERFREQUENCES

 

Il est bien connu, dans le principe de fonctionnement des semi-conducteurs au Germanium et au Silicium utilisés en industrie, dans des domaines aussi divers que l’électronique, l’informatique, la pharmacie, ainsi que tant toutes les technologies de pointe, que leurs propriétés et caractéristiques dépendent fortement du dopage de ces éléments par d’autres corps chimiques. Ces impuretés, qui contaminent ces cristaux, qui voient alors leur résistivité diminuer fortement, sont le Bore, l’Aluminium, le Gallium et l’Indium dans le Groupe III de la classification périodique, et le Phosphore, l’Arsenic et l’Antimoine dans le Groupe V.

Sur ce même principe, il apparaît que, principalement pour le Silicium, l’Arséniure de Gallium, l’Antimoniure d’Indium et le Tellure de Bismuth, une analogie peut être établie avec non plus des corps simples, mais des sels composés de transuraniens non radioactifs.

 

1– Réalisation des substrats de cristaux semi-conducteurs.

Le dopage des semi-conducteurs par ces composés n’avait, jusqu’à présent, pas pu être réalisé pour des raisons techniques. En effet, le principe de dopage de ces cristaux se heurtait physiquement à un plafond technologique. Or, depuis sa découverte et sa création, l’emploi de l’hyperlaser a permis de résoudre le problème.

L’effet de diffusion de surface due à l’émission de champ est une des techniques utilisées pour effectuer ces études : une pointe de métal (par exemple du tungstène), contenant une forte proportion de sels de transuraniens stabilisés, et dépassant du cristal à doper, est chauffée à une température T, produite par un champ électrique de forte valeur (>108 V/cm).

D’après la Loi de Fick , les atomes appartenant aux zones de forte courbure vont migrer vers les zones de faible courbure. Dans le cas d’une pointe, les atomes les plus lourds (donc ceux de composés transuraniens) tendent à descendre. Donc, sur un même plan du cristal, les atomes sont soumis à deux forces contraires :

– la force de pression électrostatique due au champ électrique.

– la force de diffusion.

Pour observer le mieux possible le phénomène de diffusion, il convient de rendre la force électrostatique négligeable devant la force de diffusion. Or, si le champ est permanent, la pression électrostatique compense en partie l’effet de diffusion; on ne sait donc pas quelle est la vitesse de diffusion. Il est alors préférable de produire un champ électrique discontinu (pulses).

Les calculs montrent que la force électrostatique est négligeable devant la force de diffusion si le champ n’agit que pendant un temps allant jusqu’à quelques nano-secondes à une fréquence d’environ dix milliards par seconde (10 Ghz). Le collapsing (phénomène bien connu de diffusion des atomes) ne correspond alors plus qu’à la force de diffusion.

 

2– Principe de l’hyperlaser à Thyratrons gazeux.

Le champ électrique nécessaire à l’opération de dopage est de l’ordre, comme on l’a vu précédemment, de 108V/cm minimum. Le montage utilisé sera à base de deux thyratrons en série à déclenchement décalé. Ces thyratrons sont du type à Deutérium, qui seuls peuvent commuter les tensions nécessaires (>15 kV), avec des temps de montée (0 à 90% du signal) de l’ordre de 0,1ns.

Nous ne nous appesantirons pas sur la description d’un tel appareil, car on retrouvera son schéma de principe dans l’article paru en janvier 1998 dans cette même revue.

 

3 – Endochromètre, ou « endostaseur ».

Les premières tentatives faites pour mesurer quantitativement le retard provoqué par les semi-conducteurs dopés en transuraniens se révélèrent difficiles en raison de la nature très inhabituelle de la grandeur à définir. Il s’est donc avéré nécessaire de concevoir et de réaliser une batterie d’appareillages automatiques capables de faire des mesures précises, mais également d’assurer une reproductibilité et une bonne traçabilité de celles-ci.

Les premiers essais manuels donnèrent des effets trop aléatoires pour être valables expérimentalement. Le retard négatif variait dans des proportions considérables suivant l’état d’esprit du ou des expérimentateurs . Le cristal ayant en effet pour caractéristique de ré-émettre le signal reçu avant de le recevoir, la tentation était grande de ne pas envoyer celui-ci . Heureusement pour la loi de conservation de l’énergie, ces tentatives se révélèrent toujours infructueuses, car le retard n’existait concrètement que si le signal d’entrée était effectivement envoyé.

La question se pose, bien entendu, de savoir comment le cristal dopé peut «  deviner  » à l’avance que le signal sera correctement envoyé, ainsi que sa nature exacte et précise, sa fréquence réelle, son cycle, sa forme, etc..

Bien que cette question ne soit pas à proprement parler du domaine des électroniciens et physiciens que nous sommes, nous rappellerons qu’au cours de l’année passée, de nombreux ouvrages et articles ont été publiés sur les problèmes philosophiques et psychologiques posés par ce phénomène.

La conception générale de l’appareil mis au point dans le but d’automatiser l’opération de mesure a été décrite dans une publication antérieure. Peu d’autres informations sérieuses circulent à son sujet. Cependant, nous en rappellerons rapidement le principe :

Un hyperlaser pulsé envoie un faisceau sur le cristal à étudier, et est synchronisé avec un générateur de signaux d’impulsions à fréquence variable. L’instant d’envoi du signal d’entrée est connu avec une précision de l’ordre de 0,01% par rapport à sa fréquence. Le signal de sortie « retardé en avance » est détecté à l’aide du dispositif là aussi synchronisé sur l’hyperlaser, et permet ainsi de mesurer très précisément la différence entre les deux signaux.

Pourtant, un écueil inattendu provient d’un autre aspect de la question. En effet, avec de telles fréquences mises en oeuvre, la notion de simultanéité d’un point de vue relativiste est remise en question. Avant celle-ci, la Physique a toujours tacitement admis que l’indication du temps avait une valeur absolue. Dans le cas qui nous intéresse, il semblerait que certaines anomalies de mesure soient en réalité dues à cette Relativité. Pourtant, nous admettrons dans un premier temps que l’effet de la Relativité est négligeable jusqu’à une fréquence de l’ordre de 1000 Ghz. Les développements et essais futurs modifieront certainement légèrement les formules et équations utilisées pour en tenir compte.

Enfin, les expériences de ce type ne peuvent se faire que dans un environnement souterrain, électriquement et magnétiquement protégé, isolé également des perturbations en provenance du Soleil et de l’espace (neutrons, protons et autres neutrinos…).

 

4 – Lignes à « retard négatif ».

Les substrats ainsi obtenus sont les constituants principaux, une fois gravés, de composants appelés «  lignes à retard  », d’usage courant dans les circuits électroniques. La fonction de ces composants classiques, était, jusqu’à présent, de retarder un signal électronique présenté à l’entrée, et ce d’une valeur spécifique à la ligne à retard.

Or, on a découvert, conformément à la théorie de Vilbachek-Mac Pherson , que les composants fabriqués à partir de substrats tels que décrits au paragraphe précédent pouvaient, sous certaines conditions précises, retarder un signal ou une oscillation de manière négative, c’est à dire en fait, avancer ce signal . On comprend immédiatement les avantages et les perspectives que peut présenter un tel système dans de nombreux domaines. Encore faut-il mesurer qualitativement et quantitativement ce phénomène.

Dans leur étude, Kartinsky et Schreiber ont démontré qu’une limite théorique existait dans la négativité espérée, et que les propriétés endochroniques des composés dépendaient de l’élément d’origine ainsi que du taux de dopage.

Il s’est avéré par la suite, notamment avec l’analyse de Montesson, que l’on pouvait obtenir des « retards négatifs » encore plus significatifs en dopant à l’aide d’une combinaison de plusieurs éléments transuraniens. Cela demande une confirmation pratique, qui n’a pas encore pu être effectuée de manière systématique en raison des problèmes techniques d’obtention et d’association d’éléments lourds et de multi-dopages précis.

 

–  Pureté des cristaux.

Différentes mesures ont été réalisées avec des cristaux de tellure de Bismuth, dopés par du Lawrencium. Mais les atomes dopant le substrat ne sont, dans un premier temps, pas uniquement composés de Lawrencium. Au fur et à mesure de la purification par ionisation de l’élément dopant, on s’aperçoit que les résultats se cantonnent dans une fourchette de plus en plus serrée. Là aussi, on retrouve une limite calculée, limite que nous sommes encore loin d’avoir atteinte. La pureté du dopage est aussi atteinte avec plusieurs passages en « effet de diffusion ». La rémanence de l’effet Fick permet qu’à la seconde, puis à la troisième diffusion de surface, la majorité des atomes diffusant soient ceux de l’élément recherché.

 

 

Fig. 1 : Tableau de purification

 

A partir de la troisième, le gain ainsi obtenu devient négligeable devant la complexité technique de l’appareillage nécessaire à l’opération. Le tableau présenté ci-dessus présente une comparaison entre les « retards négatifs » obtenus à plusieurs stades de purification et de diffusion.

Il ressort de l’étude de ce tableau que si on veut prétendre à un minimum de précision et de reproductibilité dans les mesures, il convient d’utiliser un élément dopant purifié suivant la méthode décrite. Dans les expériences et mesures suivantes, on utilisera des éléments dopeurs ainsi purifiés.

 

–  Relation entre Champ électro-magnétique et dopage obtenu.

 

Fig. 2 : Pourcentage de dopage en fonction du champ électro-magnétique

 

La courbe de la figure 2, émanant des laboratoires d’étude de l’Université de Berkeley, nous montre qu’effectivement, on retrouve la limite prévue par la théorie, et elle nous offre une comparaison entre différents composés. Mais les études ne sont pas, pour le moment, du domaine public, aussi il est impossible d’avancer des chiffres précis. Pourtant, on retrouve aisément la confirmation expérimentale espérée. Par exemple, plus un élément s’éloigne de l’Uranium dans le Tableau Périodique de Mendéléiev, plus ses propriétés endochronique sont remarquables.

Les mesures comparatives effectuées avec du Lawrencium, du Mendélevium, du Berkelium et du Krondium nous montrent que ce dernier élément présente des caractéristiques et des possibilités intéressantes.

 

–  Relation entre retard négatif et taux de dopage.

Fig. 3 : Retard négatif en fonction du dopage pour l’élément Krondium

 

 

Le second graphique (figure 3), établit la comparaison de la réaction négative en fonction du dopage pour un composé donné. Ici, l’élément dopant transuranien est le Krondium, extrêmement rare et difficile à obtenir en quantité suffisante, mais qui donne les meilleurs résultats quantitatifs.

La courbe de la figure 3, comme on pouvait s’y attendre, nous montre que l’augmentation du dopage permet au composé de réagir beaucoup plus rapidement, c’est à dire avec un retard de plus en plus négatif.

Cependant, on peut voir que cet accroissement des propriétés endochroniques se stabilise rapidement. Cet effet de plateau est apparu à des degrés divers chez tous les éléments utilisés lors des expériences et mesures, de même que dans tous les cas, le retard négatif tend vers zéro à mesure que le pourcentage de dopage décroît.

Si de meilleurs résultats théoriques se retrouvent avec le Krondium, les essais pratiques et prototypes ont été réalisés avec du Lawrencium, pour cause de difficultés beaucoup plus importantes pour l’obtention du Krondium en quantités significatives.

 

–  Relation entre « retard négatif » et éléments dopants

La figure 4 montre l’effet endochronique de différents composés. On y retrouve des courbes semblables à celles de la figure 3. On remarquera qu’un « effet de plateau » se manifeste à des degrés divers chez tous les composés. Bien que dans chaque cas la hauteur du plateau soit constante, celle-ci diffère suivant le composé considéré.

La première conclusion que l’on tire de ces résultats expérimentaux est que la hauteur de plateau susceptible d’être théoriquement atteinte est caractéristique du composé.

 

 

Fig. 4 : Comparaison entre différents composés

 

–  Relation entre « retard négatif » et composition d’éléments dopants

Les expériences actuellement en cours dans les laboratoires de Berkeley et du M.I.T. portent également sur la question extrêmement importante de la variation des propriétés endochroniques lorsqu’il y a mélange d’éléments dopants. L’état actuel des recherches ne permet pas de tirer des conclusions d’ordre général, mais au vu des travaux préliminaires, il y a tout lieu de croire que ces techniques naissantes sont appelées à se développer.

Dans la figure 5, nous voyons sur la courbe endochronique l’évolution du « retard négatif » en fonction du taux de dopage, pour un mélange dopant composé de Lawrencium et de Berkélium.

On remarquera la modification très nette de la courbe en deux points stratégiques par rapport aux diagrammes précédent à composé dopant unique. Tout d’abord, la hauteur de plateau correspondant au « retard négatif » maximum théorique est supérieure à celle obtenue avec des composés séparés. Ensuite, le plateau est obtenu plus tôt, c’est à dire pour des taux de dopage inférieurs à ceux nécessaires aux composés uniques.

 

Fig. 5 : comparaison entre dopage simple et dopage par plusieurs éléments

 

 D’autres essais ont été faits avec des compositions d’autres éléments, mais les données de ces expériences ne sont pas, pour le moment, du domaine public. On peut simplement supposer que le dopage de l’avenir sera une combinaison d’éléments différents, mais complémentaires par leurs effets endochroniques.

 

5 – Résumé

L’étude succincte qui précède nous amène à plusieurs conclusions :

– la confirmation de la théorie de l’endochronisme nous fait miroiter un avenir prometteur en électronique, informatique et cristallographie. Si les composés décrits précédemment ne peuvent pas encore être produits d’une manière industrielle et satisfaisante, nous prenons le pari qu’il n’en sera pas longtemps ainsi, au vu des débouchés potentiels.

– la purification des produits est toutefois un point d’achoppement si l’on désire progresser de façon tangible.

– d’autres composés encore plus prometteurs seront prochainement mis au point et pourront être étudiés.

En conclusion, il s’avère que la confirmation de la théorie endochronique des sels de transuraniens, vérifiée par l’expérience, fait franchir une étape décisive et inattendue à la Science et à la Technique à l’aube du Troisième Millénaire.

 

6 – Applications

Une application immédiate de la mise en pratique de l’effet endochronique est l’utilisation de tels composés dans la fabrication des processeurs destinés à l’industrie de l’informatique. Il est encore tôt pour tirer des conclusions définitives sur les possibilités réelles d’un développement industriel, mais les essais et expériences déjà effectués laisse présager un avenir souriant à ce procédé.

En effet, des lignes à retard ainsi définies incrustées dans les processeurs tendent à montrer que la limite théorique de la fréquence de travail, obtenue par avance des signaux, et multiplication arithmétique de ceux-ci est de l’ordre de 3000 Ghz. Il est alors évident que cette fréquence ne pourra pas être atteinte avant que de nouvelles méthodes révolutionnaires, aujourd’hui du domaine de l’utopie, pour la conception et la gravure des circuits ne soient mises au point.

Pourtant, aujourd’hui, la limite mythique du millier de Gigaherz est près d’être atteinte, et les premiers ordinateurs expérimentaux sortiront d’ici à deux ans. Bien entendu, la micro-informatique, tant professionnelle que grand public, ne sera équipée que lorsque le coût de fabrication sera largement réduit. Pour un délai encore inconnu, mais certainement très long, ces processeurs seront réservés aux domaines militaire et spatial.

Dans la seconde partie de cet article, nous aborderons les problèmes plus concrets de gravure et fabrication de substrats, tout en reprenant les plus récents développements des expériences actuelles.


7 – Bibliographie

A. VILBACHEK and T. Mc PHERSON : Introduction to Endochronicity in Electronics. Mc Allister-Hill Book Company, 1986

ENGINEERING RESEARCH ASSOCIATES: Very high-Speed Computing Devices with Endochronicity. John Riley and Sons, Inc, 1988

GOSLONG : An Introduction to Sub-Microelectronic Systems. Holden Days, Inc, 1984

MARCOWITZ, B.G., and N.T. VERELLE : Annals of Synthetic Crystallography. 1979

R. MONTESSON : Anomalies Relativistes en Cristallographie des Semi-Conducteurs. Masson et Fils, 1982

KARTINSKY et SCHREIBER : A New Relativist Theory in Micro-Wave Computers. Ed. Springer, Berlin, 1978

Journal of Quantics and Psycho Electronics, 1994-1996