TAMR et électrorésistance dans un semi-conducteur de titanate de strontium dopé à l'aniobium (SrTiO3) avec du cobalt ferromagnétiqueEn haut à gauche :un dispositif simple de semi-conducteur d'oxyde SrTiO3 dopé au Co sur Nb et le schéma de mesure à quatre sondes. En haut à droite :une valeur TAMR élevée est obtenue à température ambiante en raison d'un changement dans la conductance du tunnel de jonction lorsque l'aimantation est tournée par rapport au sens du flux de courant. En bas à gauche :la même géométrie de dispositif est utilisée pour étudier l'état d'électrorésistance d'une même jonction (en bas à droite). Crédit :Groupe Banarjee, Université de Groningue / Rapports scientifiques
L'un des grands défis de l'architecture informatique est l'intégration du stockage, mémoire et traitement dans une seule unité. Cela rendrait les ordinateurs plus rapides et plus économes en énergie. Les physiciens de l'Université de Groningue ont fait un grand pas vers cet objectif en combinant un semi-conducteur de titanate de strontium dopé au niobium (SrTiO3) avec du cobalt ferromagnétique. A l'interface, cela crée un spin-memristor avec des capacités de stockage, ouvrant la voie aux architectures de calcul neuromorphiques. Les résultats ont été publiés le 22 janvier dans Rapports scientifiques .
Le dispositif développé par les physiciens combine l'effet memristor des semi-conducteurs avec un phénomène basé sur le spin appelé magnétorésistance anisotrope tunnel (TAMR) et fonctionne à température ambiante. Le semi-conducteur SrTiO3 a une résistance variable non volatile lorsqu'il est interfacé avec du cobalt :un champ électrique peut être utilisé pour le faire passer d'une résistance faible à une résistance élevée et inversement. C'est ce qu'on appelle l'effet d'électrorésistance.
Par ailleurs, lorsqu'un champ magnétique a été appliqué à travers la même interface, dans et hors du plan du cobalt, cela a montré un accord de la tension de spin TAMR de 1,2 mV. Cette coexistence à la fois d'un grand changement dans la valeur du TAMR et de l'électrorésistance à travers le même dispositif à température ambiante n'a pas été démontrée auparavant dans d'autres systèmes de matériaux.
"Cela signifie que nous pouvons stocker des informations supplémentaires de manière non volatile dans le memristor, créant ainsi un dispositif intégré spin-memristor très simple et élégant qui fonctionne à température ambiante, " explique le professeur de spintronique des matériaux fonctionnels Tamalika Banerjee. Elle travaille à l'Institut Zernike pour les matériaux avancés de l'Université de Groningue. Jusqu'à présent, tente de combiner le stockage basé sur le spin, la mémoire et l'informatique ont été entravées par une architecture complexe en plus d'autres facteurs.
La clé du succès du dispositif du groupe Banerjee est l'interface entre le cobalt et le semi-conducteur. "Nous avons montré qu'une couche isolante d'un nanomètre d'épaisseur d'oxyde d'aluminium fait disparaître l'effet TAMR, " dit Banerjee. Il a fallu pas mal de travail pour concevoir l'interface. Ils l'ont fait en ajustant le dopage au niobium du semi-conducteur et donc le paysage potentiel à l'interface. La même coexistence ne peut pas être réalisée avec le silicium en tant que semi-conducteur :" Vous ont besoin des atomes lourds dans SrTiO3 pour le couplage de l'orbite de spin à l'interface qui est responsable du grand effet TAMR à température ambiante. »
Ces dispositifs pourraient être utilisés dans une architecture informatique de type cerveau. Ils agiraient comme les synapses qui relient les neurones. La synapse répond à un stimulus externe, mais cette réponse dépend également de la mémoire de la synapse des stimuli précédents. « Nous réfléchissons maintenant à la manière de créer une architecture informatique bio-inspirée basée sur notre découverte. » Un tel système s'éloignerait de l'architecture classique de Von Neumann. Le gros avantage est qu'il devrait consommer moins d'énergie et donc produire moins de chaleur. « Cela sera utile pour « l'Internet des objets, « où la connexion de différents appareils et réseaux génère des quantités de chaleur insoutenables ».
La physique de ce qui se passe exactement à l'interface du cobalt et du semi-conducteur au strontium est compliquée, et plus de travail doit être fait pour comprendre cela. Banerjee : « Une fois que nous l'aurons mieux compris, nous pourrons améliorer les performances du système. Nous y travaillons actuellement. Mais ça marche bien comme ça, Nous envisageons donc également de construire un système plus complexe avec de telles memristors de spin pour tester des algorithmes réels pour des capacités cognitives spécifiques du cerveau humain. » L'appareil de Banerjee est relativement simple. Le faire évoluer vers une architecture informatique complète est la prochaine grande étape.
Comment intégrer ces appareils dans une architecture informatique parallèle qui imite le fonctionnement du cerveau est une question qui fascine Banerjee. "Notre cerveau est un ordinateur fantastique, en ce sens qu'il peut traiter de grandes quantités d'informations en parallèle avec une efficacité énergétique bien supérieure à celle d'un superordinateur. » Les découvertes de l'équipe de Banerjee pourraient conduire à de nouvelles architectures pour l'informatique inspirée du cerveau.
