Les scientifiques ont peut-être accidentellement surmonté un obstacle majeur à l’adoption fluide des technologies de stockage de données de nouvelle génération.
En utilisant un matériau unique appelé séléniure d’indium (In2Se3), les chercheurs affirment avoir découvert une technique permettant de réduire les besoins énergétiques de mémoire à changement de phase (PCM) — une technologie capable de stocker des données sans alimentation constante — jusqu’à 1 milliard de fois.
Cette avancée est une étape vers la résolution de l’un des plus grands défis du stockage de données PCM, ouvrant potentiellement la voie aux dispositifs de mémoire et à l’électronique à faible consommation, ont déclaré les chercheurs dans une étude publiée le 6 novembre dans la revue Nature.
Le PCM est l’un des principaux candidats à la mémoire universelle, une mémoire informatique qui peut remplacer à la fois la mémoire à court terme comme la mémoire vive (RAM) et les périphériques de stockage comme les disques SSD ou les disques durs. La RAM est rapide mais nécessite un espace physique important et une alimentation électrique constante pour fonctionner, tandis que les SSD ou les disques durs sont beaucoup plus denses et peuvent stocker des données lorsque les ordinateurs sont éteints. La mémoire universelle combine le meilleur des deux.
Il fonctionne en basculant les matériaux entre deux états : cristallin, où les atomes sont soigneusement ordonnés, et amorphe, où les atomes sont disposés de manière aléatoire. Ces états sont corrélés aux 1 et aux 0 binaires, codant les données via des commutateurs d’état.
Cependant, la « technique de fusion-trempe » utilisée pour basculer entre ces états – qui implique de chauffer et de refroidir rapidement des matériaux PCM – nécessite une énergie importante, ce qui rend la technologie coûteuse et difficile à mettre à l’échelle. Dans leur étude, les chercheurs ont trouvé un moyen de contourner entièrement le processus de fusion-trempe en induisant plutôt une amorphisation via une charge électrique. Cela réduit considérablement les besoins énergétiques du PCM et ouvre potentiellement la porte à des applications commerciales plus larges.
« L’une des raisons pour lesquelles les dispositifs de mémoire à changement de phase ne sont pas encore largement utilisés est l’énergie nécessaire », explique l’auteur de l’étude. Ritesh Agarwalprofesseur de science et d’ingénierie des matériaux à Penn Engineering, a déclaré dans une déclaration. Le potentiel de ces découvertes pour la conception de dispositifs de mémoire à faible consommation est « énorme », a-t-il déclaré.
La découverte des chercheurs repose sur les propriétés uniques du séléniure d’indium, un matériau semi-conducteur doté de caractéristiques à la fois « ferroélectriques » et « piézoélectriques ». Les matériaux ferroélectriques peuvent se polariser spontanément, ce qui signifie qu’ils peuvent générer un champ électrique interne sans avoir besoin d’une charge externe. En revanche, les matériaux piézoélectriques se déforment physiquement lorsqu’ils sont exposés à une charge électrique.
En testant le matériau, les chercheurs ont observé que des sections de celui-ci s’amorphosaient lorsqu’elles étaient exposées à un courant continu. De plus, cela s’est produit entièrement par hasard.
« En fait, je pensais avoir endommagé les fils, co-auteur de l’étude Gaurav Modiun ancien doctorant en science et ingénierie des matériaux à Penn Engineering, a déclaré dans le communiqué. « Normalement, vous auriez besoin d’impulsions électriques pour induire n’importe quel type d’amorphisation, et ici, un courant continu a perturbé la structure cristalline, ce qui n’aurait pas dû se produire. »
Une analyse plus approfondie a révélé une réaction en chaîne déclenchée par les propriétés du semi-conducteur. Cela commence par de minuscules déformations du matériau provoquées par le courant qui déclenche une « secousse acoustique » – une onde sonore similaire à l’activité sismique lors d’un tremblement de terre. Celui-ci se déplace ensuite à travers le matériau, propageant l’amorphisation dans des régions à l’échelle micrométrique selon un mécanisme que les chercheurs ont comparé à une avalanche prenant de l’ampleur.
Les chercheurs ont expliqué que diverses propriétés du séléniure d’indium – notamment sa structure bidimensionnelle, sa ferroélectricité et sa piézoélectricité – fonctionnent ensemble pour permettre une voie d’amorphisation à très faible énergie déclenchée par des chocs. Cela pourrait jeter les bases de recherches futures autour de « nouveaux matériaux et dispositifs pour les applications électroniques et photoniques de faible consommation », écrivent-ils dans l’étude.
« Cela ouvre un nouveau champ sur les transformations structurelles qui peuvent se produire dans un matériau lorsque toutes ces propriétés sont réunies », a déclaré Agarwal dans le communiqué.
