Des scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) et de l'Université de Tokyo (UTokyo) ont développé un nouveau dispositif de mémoire à trois valeurs inspiré des batteries lithium-ion solides. L'appareil proposé, qui a une consommation d'énergie extrêmement faible, peut être la clé du développement de composants de mémoire vive (RAM) plus économes en énergie et plus rapides, qui sont omniprésents dans les ordinateurs modernes.

Pratiquement tous les appareils numériques qui effectuent tout type de traitement d'informations nécessitent une mémoire rapide qui peut temporairement contenir les entrées, résultats partiels, et les résultats des opérations effectuées. En informatique, cette mémoire est appelée mémoire vive dynamique, ou DRAM. La vitesse de la DRAM est importante et peut avoir un impact significatif sur la vitesse globale du système. En outre, réduire la consommation d'énergie des dispositifs de mémoire est récemment devenu un sujet brûlant pour parvenir à une informatique à haute efficacité énergétique. Par conséquent, de nombreuses études se sont concentrées sur le test de nouvelles technologies de mémoire pour surpasser les performances de la DRAM conventionnelle.

Les unités les plus élémentaires d'une puce mémoire sont ses cellules mémoire. Chaque cellule stocke généralement un seul bit en adoptant et en maintenant l'une des deux valeurs de tension possibles, qui correspondent à une valeur stockée de zéro ou un. Les caractéristiques de la cellule individuelle déterminent en grande partie les performances de la puce mémoire globale. Des cellules plus simples et plus petites avec une vitesse élevée et une faible consommation d'énergie seraient idéales pour faire passer l'informatique hautement efficace au niveau supérieur.

Une équipe de recherche de Tokyo Tech dirigée par le professeur Taro Hitosugi et l'étudiant Yuki Watanabe a récemment franchi une nouvelle étape dans ce domaine. Ces chercheurs avaient auparavant développé un nouveau dispositif de mémoire inspiré de la conception de batteries lithium-ion solides. Il se composait d'un empilement de trois couches solides en lithium, phosphate de lithium et or. Cette pile est essentiellement une batterie miniature de faible capacité qui fonctionne comme une cellule mémoire; il peut être rapidement basculé entre les états chargé et déchargé qui représentent les deux valeurs possibles d'un bit. Cependant, l'or se combine avec le lithium pour former une couche d'alliage épaisse, ce qui augmente la quantité d'énergie nécessaire pour passer d'un état à l'autre.

Dans leur dernière étude, les chercheurs ont créé une cellule mémoire à trois couches similaire en utilisant du nickel au lieu de l'or. Ils s'attendaient à de meilleurs résultats en utilisant le nickel car il ne forme pas facilement des alliages avec le lithium, ce qui conduirait à une consommation d'énergie moindre lors de la commutation. Le dispositif de mémoire qu'ils ont produit était bien meilleur que le précédent; il pourrait en fait contenir trois états de tension au lieu de deux, ce qui signifie qu'il s'agit d'un périphérique de mémoire à trois valeurs. « Ce système peut être considéré comme une batterie au lithium à couche mince de très faible capacité avec trois états de charge, " explique le professeur Hitosugi. C'est une fonctionnalité très intéressante avec des avantages potentiels pour les implémentations de mémoire à trois valeurs, ce qui peut être plus efficace sur le plan de la zone.

Les chercheurs ont également découvert que le nickel forme une très fine couche d'oxyde de nickel entre les couches de Ni et de phosphate de lithium (voir Fig. 1), et cette couche d'oxyde est indispensable à la commutation basse énergie du dispositif. La couche d'oxyde est beaucoup plus fine que celle des alliages or-lithium qui se formaient dans leur dispositif précédent, ce qui signifie que cette nouvelle cellule "mini-batterie" a une très faible capacité et est donc rapidement et facilement commutée entre les états en appliquant des courants minuscules. "Le potentiel de consommation d'énergie extrêmement faible est l'avantage le plus remarquable de cet appareil, " remarque le Pr Hitosugi.

Vitesse augmentée, une consommation d'énergie plus faible et une taille plus petite sont toutes des caractéristiques souhaitables pour les futurs dispositifs de mémoire. La cellule mémoire développée par cette équipe de recherche est un tremplin prometteur vers une informatique beaucoup plus économe en énergie et plus rapide.