Les puces mémoire sont parmi les composants les plus élémentaires des ordinateurs. La mémoire vive est l'endroit où les processeurs stockent temporairement leurs données, qui est une fonction cruciale. Des chercheurs de Dresde et de Bâle ont maintenant réussi à jeter les bases d'un nouveau concept de puce mémoire. Il a le potentiel d'utiliser considérablement moins d'énergie que les puces produites à ce jour - ce qui est important non seulement pour les applications mobiles mais aussi pour les grands centres de calcul de données. Les résultats sont présentés dans le dernier volume de la revue scientifique Communication Nature .

Les puces mémoire purement électriques qui sont couramment utilisées aujourd'hui présentent un inconvénient important :"Cette mémoire est volatile et son état doit être continuellement rafraîchi, " dit le Dr Tobias Kosub, premier auteur de l'étude et chercheur post-doctoral au Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). "Cela demande beaucoup d'énergie." Les conséquences sont visibles, par exemple, dans les grands centres de calcul. D'un côté, leurs factures d'électricité augmentent avec l'augmentation de la puissance de calcul. D'autre part, les puces chauffent de plus en plus en fonction de leur consommation d'énergie. Les centres de données ont de plus en plus de mal à dissiper cette chaleur. Certains opérateurs Cloud vont jusqu'à installer leurs fermes de serveurs dans des régions froides.

Il existe une alternative à ces puces de mémoire électrique. Les MRAM enregistrent les données magnétiquement et ne nécessitent donc pas de rafraîchissement constant. Ils font, cependant, nécessitent des courants électriques relativement importants pour écrire les données en mémoire, ce qui réduit la fiabilité :"Ils menacent de s'user trop vite et de tomber en panne si des perturbations surviennent pendant le processus d'écriture ou de lecture, " dit Kosub.

Tension électrique au lieu de courant

Le monde scientifique travaille donc depuis longtemps sur des alternatives à la MRAM. Une classe de matériaux appelée « antiferromagnétiques magnétoélectriques » apparaît particulièrement prometteuse. Ces aimants sont activés par une tension électrique plutôt que par un courant. "Ces matériaux ne peuvent pas être facilement contrôlés, " explique le chef du groupe HZDR, le Dr Denys Makarov. " Il est difficile d'y écrire des données et de les relire. lequel, cependant, annule de nombreux avantages. L'objectif est donc de réaliser une mémoire magnétoélectrique purement antiferromagnétique (AF-MERAM).

C'est précisément ce que les équipes de recherche de Dresde et de Bâle ont maintenant réussi à faire. Ils ont développé un nouveau prototype AF-MERAM basé sur une fine couche d'oxyde de chrome. Celui-ci est inséré - comme une garniture de sandwich - entre deux électrodes nanométriques. Si une tension est appliquée à ces électrodes, l'oxyde de chrome " bascule " dans un état magnétique différent - et le bit est écrit. L'essentiel est que quelques volts suffisent. « Contrairement à d'autres concepts, on pourrait réduire la tension d'un facteur cinquante, " dit Kosub. " Cela nous permet d'écrire un peu sans consommation d'énergie et chauffage excessifs. " Un défi particulier était la capacité de lire à nouveau le bit écrit.

Afin de le faire, les physiciens ont fixé une couche de platine nanométrique au-dessus de l'oxyde de chrome. Le platine permet la lecture grâce à un phénomène électrique spécial - l'effet Hall anormal. Le signal réel est très faible et se superpose à des signaux parasites. "Nous pourrions, cependant, développer une méthode qui a supprimé la tempête d'interférences, nous permettant d'obtenir le signal utile, " Makarov décrit. " C'était, En réalité, la percée." Les résultats semblent très prometteurs selon le professeur Oliver G. Schmidt de l'Institut Leibniz pour la recherche sur les solides et les matériaux de Dresde, qui a également participé à l'étude :« Ce sera passionnant de voir comment cette nouvelle approche se positionnera par rapport à la technologie silicium établie. Maintenant, les chercheurs sont sur le point de développer davantage le concept.

"Le matériau travaille jusqu'à présent à température ambiante, mais seulement dans une fenêtre étroite, " dit Kosub. " Nous voulons élargir considérablement la gamme en modifiant sélectivement l'oxyde de chrome. " Pour y parvenir, les collègues de l'Institut suisse des nanosciences et du Département de physique de l'Université de Bâle ont apporté une contribution importante. Leur nouvelle méthode d'investigation fournit pour la première fois des images des propriétés magnétiques de l'oxyde de chrome avec une résolution à l'échelle nanométrique. Les experts visent désormais à intégrer plusieurs éléments de mémoire sur une même puce. Jusque là, un seul élément a été réalisé, qui peut stocker simplement un bit. L'étape suivante, un point crucial vers les applications possibles, consiste à construire un tableau de plusieurs éléments. "En principe, ces puces mémoire pourraient être produites à l'aide de méthodes standard employées par les fabricants d'ordinateurs, " dit Makarov. " C'est l'une des raisons pour lesquelles l'industrie a montré un grand intérêt pour de tels composants. "