Les ordinateurs d'aujourd'hui permettent de stocker d'énormes quantités d'informations avec des densités de données extrêmement importantes, mais écrire et récupérer cette information dépense beaucoup d'énergie. Plus de 99 % de la puissance consommée pour le stockage et le traitement de l'information est gaspillée sous forme de chaleur, un gros mal de tête qui ne s'est toujours pas calmé.

Une équipe de chercheurs de France et de Russie a maintenant développé une cellule de mémoire vive magnétoélectrique (MELRAM) qui a le potentiel d'augmenter l'efficacité énergétique, et ainsi diminuer les pertes de chaleur, par ordre de grandeur pour les opérations de lecture à température ambiante. La recherche pourrait aider à la production d'appareils tels que les ordinateurs portables instantanés, lecteurs flash à consommation proche de zéro, et les centres de stockage de données qui nécessitent beaucoup moins de climatisation. L'équipe de recherche a fait part de ses conclusions cette semaine dans Lettres de physique appliquée .

Des milliards de transistors peuvent désormais être gravés sur des puces uniques dans un espace de la taille d'un centime, mais à un moment donné, augmenter ce nombre pour des performances encore meilleures en utilisant le même espace ne sera pas possible. La simple densité de ces transistors nanoscopiques se traduit par davantage de chaleur indésirable ainsi que par des interactions au niveau quantique qui doivent maintenant être traitées.

Au cours des dernières années, les recherches se sont intensifiées pour explorer les propriétés magnétiques des électrons dans un phénomène appelé effet magnétoélectrique. Cet effet, souvent d'intérêt dans le domaine de recherche connu sous le nom de spintronique, profite du spin d'un électron, au lieu de sa charge. Les spins peuvent potentiellement être manipulés à des échelles plus petites en utilisant beaucoup moins d'énergie.

La plupart des efforts ont porté sur la réduction de l'énergie des opérations d'écriture dans les mémoires magnétiques, car ces opérations utilisent généralement plus d'énergie que les opérations de lecture. En 2010, la même équipe française et russe a montré qu'une combinaison de matériaux magnétoélastiques et piézoélectriques dans une cellule mémoire magnétoélectrique pouvait permettre de réduire par 100 l'énergie nécessaire au processus d'écriture. Dans le dernier article des chercheurs, ils montrent que le même principe magnétoélectrique peut également être utilisé pour des opérations de lecture à très faible consommation d'énergie.

"Nous nous sommes concentrés sur les opérations de lecture dans cet article car le potentiel d'énergie d'écriture très faible dans les systèmes magnétoélectriques signifie que la production d'énergie sera désormais plus élevée pour les opérations de lecture, " a déclaré Nicolas Tiercelin, co-auteur de l'article et chercheur du Centre national de la recherche scientifique (CNRS) qui mène des recherches à l'Institut d'électronique, Microélectronique et Nanotechnologie à Lille, La France.

Le cœur de la cellule mémoire MELRAM des chercheurs repose sur la combinaison des propriétés de deux types de matériaux en les couplant mécaniquement. Des alliages magnétiques, l'un à base d'association terbium-cobalt et l'autre à base de fer et cobalt, de quelques nanomètres d'épaisseur sont empilés les uns sur les autres. Les alliages forment un matériau nanocomposite magnétoélastique dont les spins magnétiques réagissent aux contraintes mécaniques.

Ces alliages sont ensuite déposés sur un substrat piézoélectrique, qui se compose de ferroélectriques relaxants, matériaux exotiques qui changent de forme ou de dimensions lorsqu'ils sont exposés à un champ électrique.

"Ensemble, ces matériaux constituent des hétérostructures multiferroïques dans lesquelles le contrôle des propriétés magnétiques est rendu possible par l'application d'une tension électrique, " dit Tiercelin.

"La multicouche nanocomposite offre une forte interaction magnétoélectrique à température ambiante, " a déclaré Vladimir Préobrajenski, un autre co-auteur de l'article et directeur de recherche au Wave Research Center, Institut de physique générale Prokhorov de l'Académie des sciences de Russie à Moscou. "Cette interaction est le mécanisme de base pour le contrôle des états magnétiques par le champ électrique. Cette caractéristique de la mémoire magnétoélectrique est à l'origine de sa très faible consommation d'énergie."