Les recherches de Pierre Lucas pourraient conduire à des mémoires informatiques fonctionnant davantage comme des mémoires humaines.

Imaginez si les puces électroniques et les CD réinscriptibles pouvaient contenir cent fois plus de données.

La façon dont les données numériques sont stockées commence par le matériel sur lequel elles sont stockées, lequel, dans des CD réinscriptibles et de nombreuses puces électroniques, est quelque chose appelé matériau à changement de phase, ou PCM.

Pierre Lucas, professeur UA au Département de science et génie des matériaux et au Collège des sciences optiques, utilise une subvention d'un peu plus de 560 $, 000 de la National Science Foundation pour améliorer ces matériaux, ouvrant la porte à des souvenirs et des appareils à haute densité qui imitent la sophistication du cerveau humain.

CD Sciences

Avez-vous déjà remarqué comment, lorsque vous gravez un CD, la partie réfléchissante du CD près du centre devient plus sombre ? Ce truc réfléchissant est un matériau à changement de phase qui passe du cristal, également connu sous le nom de « 1 » en termes numériques, au verre, ou un "0" en termes numériques. Les mémoires à puce électronique sont faites du même matériau.

"Tout ce que vous écrivez, enregistrer ou sauvegarder sur votre ordinateur est constamment encodé en 0 et 1, " dit Lucas. " Alors, quand tu sauves quelque chose, vous écrivez essentiellement un tas de 0 et de 1, ou convertir les petites cellules de votre puce informatique en verre ou en cristal."

Si vous regardez la partie la plus sombre du CD avec une loupe, vous verriez des taches plus claires et d'autres plus sombres :un lecteur de CD traduit les cristaux réfléchissants en 0 et les morceaux de verre les moins réfléchissants en 1 , puis traduit ce code dans la musique, documents, des images ou d'autres informations qu'un utilisateur doit stocker.

Une partie de la recherche de Lucas consiste à élargir les options pour les formes que les matériaux à changement de phase peuvent prendre, au lieu que les bits ne soient enregistrés que comme entièrement en cristal ou entièrement en verre, ils pourraient être sauvés comme moitié cristal et moitié verre, ou les trois quarts de l'un et un quart de l'autre.

« Cela pourrait permettre aux consommateurs de mettre 10 fois plus de données sur un CD ou une puce électronique, ou 100 fois plus de données, " dit-il. " A l'avenir, ce que les ingénieurs essaieront également de faire, c'est essentiellement de reproduire la structure du cerveau et le mécanisme d'échange d'informations de la manière dont chaque neurone, orbite, est en communication avec tous les autres neurones dans ce qu'on appelle un réseau de neurones artificiels."

Attraper la dérive

Cette nouvelle forme de PCM expliquera également un problème dans les matériaux actuels connu sous le nom de dérive. Il est favorable que le matériau à changement de phase existe à l'état cristallin car il prend moins d'énergie, la dérive se produit donc lorsque le matériau codé à l'origine sous forme de verre se transforme lentement en cristal.

« Si votre état était cristallisé à 75 % et qu'au fil du temps, il se cristallise à 90 %, alors il ne contiendra pas les mêmes informations, " dit Lucas. " Ce n'est pas bon. "

La dérive se produit parce que les matériaux à changement de phase actuels sont fragiles, lequel, dans le jargon de la science des matériaux, signifie que lorsqu'ils passent du cristal au verre, ils deviennent fluides et moins stables dans leur état final. Lucas travaille à créer une forme de PCM qui présente une transition « fragile à forte », ce qui signifie qu'il reste fluide, ou fragile, pendant qu'il change de phase, et devient visqueux, ou fort, dans son état final.

« Dans un ordinateur, vous voulez que votre puce mémoire fonctionne très rapidement, ce qui signifie que vous voulez que ce changement soit vraiment rapide, environ un milliard de fois par seconde, " dit Lucas. " Cela signifie que le processus de commutation entre le cristal et le verre devrait être très rapide, et cela ne peut arriver aussi vite que si les atomes sont dans un état très fluide. Mais quand il refroidit, vous voulez que le PCM devienne très visqueux pour former un bit de mémoire en verre qui soit stable."

La stabilité offerte par la transition fragile à fort est ce qui permettra à un plus large éventail d'états finaux pour les technologies de mémoire de contenir plus d'informations, et pourrait permettre un traitement de l'information ultrarapide semblable à celui des neurones humains.

En tant qu'ingénieur matériaux, Lucas fait le premier pas vers cet avenir de réseau de neurones en travaillant à la création du matériel sur lequel il existera. Alors qu'il s'efforce de diversifier la gamme d'états dans lesquels le PCM peut exister, il diversifiera également le domaine de l'ingénierie :ses recherches porteront notamment sur le mentorat des femmes, Étudiants hispaniques et autres étudiants sous-représentés en sciences, La technologie, ingénierie et mathématiques.