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  • Stockage de données dans des molécules individuelles :mémoire moléculaire proche de la température ambiante

    Les nouvelles molécules sont connues sous le nom de « fragments de graphène, ' parce qu'ils sont constitués en grande partie de feuilles plates de carbone (qui sont attachées à des atomes de zinc). Cela les rend plus faciles à aligner lors du dépôt, ce qui pourrait simplifier la fabrication des mémoires moléculaires. Crédit :Christine Daniloff/MIT

    La loi de Moore – le doublement bien connu de la puissance de calcul des puces informatiques tous les 18 mois environ – a été rythmée par une augmentation tout aussi constante de la capacité de stockage des disques durs. En 1980, un disque dur peut stocker environ un demi-mégaoctet de données dans un pouce carré d'espace disque; maintenant, les fabricants se rapprochent d'un million de mégaoctets de données par pouce carré.

    Une technologie expérimentale appelée mémoire moléculaire, qui stockerait des données dans des molécules individuelles, promet un autre 1, Augmentation de 000 fois de la densité de stockage. Mais les précédents schémas de mémoire moléculaire reposaient sur des systèmes physiques refroidis à un niveau proche du zéro absolu. Dans l'édition en ligne du 23 janvier de La nature , une équipe internationale de chercheurs dirigée par Jagadeesh Moodera, chercheur principal au département de physique du MIT et au Francis Bitter Magnet Laboratory du MIT, décrit un nouveau schéma de mémoire moléculaire qui fonctionne autour du point de congélation de l'eau, ce qui, dans le jargon de la physique, compte comme « température ambiante ».

    De plus, où les schémas précédents nécessitaient de prendre en sandwich les molécules de stockage entre deux électrodes ferromagnétiques, le nouveau schéma ne nécessiterait qu'une seule électrode ferromagnétique. Cela pourrait grandement simplifier la fabrication, tout comme la forme des molécules de stockage elles-mêmes :parce qu'elles sont constituées de feuilles plates d'atomes de carbone attachés à des atomes de zinc, ils peuvent être déposés en couches très minces avec des dispositions très précises.

    Les molécules de stockage ont été développées par des chimistes de l'Indian Institute of Science Education and Research à Kolkata, qui sont co-auteurs de l'article Nature. Les chimistes indiens pensaient que les molécules pourraient être utiles pour le type de dispositifs expérimentaux étudiés par le groupe de Moodera, qui utilisent "spin, " une propriété de minuscules particules de matière, pour représenter des données.

    Un demi-sandwich

    Sous la supervision de Moodera, Karthik Raman, puis doctorant au département de science et ingénierie des matériaux du MIT et maintenant scientifique au laboratoire de recherche d'IBM en Inde, et Alexandre Kamerbeek, un étudiant invité de l'Université de Groningue, déposé un film mince du matériau sur une électrode ferromagnétique et ajouté une deuxième électrode ferromagnétique sur le dessus, la structure standard pour les mémoires magnétiques. L'idée est qu'un changement relatif dans les orientations magnétiques des électrodes provoque un saut soudain de la conductivité de l'appareil. Les deux états de conductivité représentent les 1 et les 0 de la logique binaire.

    A leur grande surprise, cependant, les chercheurs du MIT ont mesuré non pas un mais deux sauts de conductivité. Cela impliquait que les électrodes modifiaient indépendamment la conductivité de l'appareil. "Selon les connaissances communes, cela ne devrait pas arriver, " dit Moodera.

    Pour confirmer leur intuition, les chercheurs ont refait l'expérience, mais au lieu d'utiliser deux électrodes ferromagnétiques, ils ont utilisé une électrode ferromagnétique et une électrode métallique ordinaire, dont le seul but était de lire le courant traversant la molécule. En effet, ils ont constaté que le saut de conductivité se produisait toujours.

    Comme l'explique Moodera, la possibilité de modifier la conductivité des molécules avec une seule électrode pourrait considérablement simplifier la fabrication de la mémoire moléculaire. L'électrode inférieure d'une cellule mémoire peut être déposée dans une couche parfaitement plane et les molécules de stockage superposées. Mais si la prochaine couche à déposer est l'électrode supérieure, ses molécules auront tendance à se mêler aux molécules de stockage. Si l'électrode est magnétique, que le mélange peut compromettre les performances de la cellule ; si c'est métallique, ce ne sera pas le cas.

    Dans une conception alternative, l'électrode supérieure est une petite pointe, comme la pointe d'un microscope à force atomique, positionné à moins d'un nanomètre au-dessus des molécules de stockage. Mais, une électrode magnétique pose des problèmes - dans ce cas, en limitant la densité de remplissage des cellules de stockage. S'ils sont trop proches l'un de l'autre, une pointe magnétique peut modifier l'orientation magnétique des cellules adjacentes à celle à laquelle elle est destinée. Ce n'est pas un problème avec les pointes non magnétiques.

    Stockage empilable

    La forme des molécules elles-mêmes pourrait également simplifier la fabrication de la mémoire moléculaire. Typiquement, les mémoires moléculaires expérimentales sont constituées de cinq ou six couches de molécules prises en sandwich entre des électrodes. Si ces molécules sont correctement alignées, ils présentent de grandes variations de conductivité, mais s'ils ne le sont pas, ils ne le font pas. Assurer leur bon alignement est un autre processus à forte intensité de main-d'œuvre.

    Les molécules développées par les chercheurs indiens, cependant, se composent d'atomes de zinc attachés à des feuilles plates de carbone, qui ont naturellement tendance à s'aligner. Les chercheurs du MIT ont également montré que deux couches de molécules étaient suffisantes pour produire une cellule mémoire. "Si vous mettez tout un tas de molécules entre les électrodes, c'est plus dur à contrôler, " dit Moodera.

    "L'effet de commutation près de la température ambiante est dû à la forte interaction de la molécule avec la surface magnétique, " ajoute Raman. " Cela rend la molécule magnétique et la stabilise. "

    Jing Shi, professeur de physique à l'Université de Californie à Riverside, fait remarquer que la magnétorésistance géante, le phénomène physique découvert en 1988 qui est à la base de la plupart des dispositifs de stockage de données modernes, a remporté le prix Nobel de physique 2007 à ses découvreurs. Moodera, Ramane, et leurs collègues "ont trouvé un nouveau type de magnétorésistance, " dit Shi. " C'est très nouveau, parce que vous n'avez pas besoin de structures matérielles très compliquées. il dit, "The fabrication process could be simpler and very flexible. You only have to prepare this interfacial layer with the desired properties; then you can, en principe, recognize magnetoresistance."

    "Évidemment, it has some way to go, " Shi adds, "but this is a proof of concept."

    Moodera agrees. "This is only the tip of the tip of the iceberg, " he says. At present, the researchers' experimental setup exhibits only a 20 percent change in conductivity, which is probably not enough for a commercial device. Together with researchers at the Peter Grünberg Institute in Jülich, Allemagne, who are also co-authors on the Nature paper, Moodera, Raman, and Kamerbeek have developed a theoretical explanation for the unexpected phenomenon of single-electrode switching. But if they can fill in the gaps in their understanding, Moodera says, they can design new organic molecules that should exhibit higher swings in conductivity. "It's possible to control the shape of organic molecules, " Moodera says. "Every year, chemists come up with hundreds of thousands of them."

    Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.




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