De nouveaux matériaux photo-ferroélectriques permettent le stockage d'informations de manière non volatile en utilisant un stimulus lumineux. L'idée est de créer des dispositifs de mémoire économes en énergie avec des performances et une polyvalence élevées pour faire face aux défis actuels. L'étude a été publiée dans Communication Nature par Josep Fontcuberta et ses collègues et ouvre la voie à d'autres recherches sur ce phénomène et à des applications de calcul neuromorphique.

Pouvez-vous imaginer contrôler les propriétés d'un matériau en l'éclairant simplement ? Nous sommes habitués à voir que la température des matériaux augmente lorsqu'ils sont exposés au soleil. Mais la lumière peut aussi avoir des effets plus subtils. En effet, les photons lumineux peuvent créer des paires de porteurs de charge gratuits dans des matériaux autrement isolants. C'est le principe de base des panneaux photovoltaïques que nous utilisons pour récupérer l'énergie électrique du soleil.

Dans une nouvelle tournure, un changement induit par la lumière des propriétés des matériaux pourrait être utilisé dans les dispositifs de mémoire, permettant un stockage plus efficace des informations et un accès et un calcul plus rapides. Cette, En réalité, est l'un des enjeux actuels de notre société :être capable de développer des appareils électroniques performants disponibles dans le commerce qui soient, à la fois, a faible consommation. Les appareils électroniques plus petits ayant une consommation d'énergie plus faible et des performances et une polyvalence élevées sont l'objectif.

Stockage en mémoire non volatile

Maintenant, des chercheurs du groupe Multifunctional Thin Films and Complex Structures (MULFOX) de l'ICMAB ont étudié des matériaux ferroélectriques photosensibles intégrés dans des dispositifs exploitant les nanotechnologies et les effets quantiques. Les éléments de mémoire ont été conçus pour stocker des informations non volatiles dans des états de résistance distincts (ON/OFF). Il a été découvert que, lorsqu'il est correctement conçu, leur résistance électrique peut être modulée par la lumière pulsée. Cela signifie qu'ils peuvent passer d'un état de faible résistance à un état de haute résistance simplement par l'application d'impulsions lumineuses.

"Les matériaux qui montrent des changements de résistance sous éclairage sont abondants, bien que l'effet soit généralement volatil et que le matériau retrouve son état initial après un certain temps de séjour, " déclare Ignasi Fina, chercheur à l'ICMAB, co-auteur de l'étude. « Pour les appareils destinés à l'informatique et au stockage de données, le contrôle optique non volatile de la résistance électrique présente un intérêt potentiel, " et ajoute " pour les non volatiles, nous voulons dire que les informations peuvent être conservées et stockées dans l'appareil, même lorsque l'alimentation est coupée."

Deux en un :les matériaux photo-ferroélectriques

Actuellement, deux dispositifs différents sont nécessaires pour utiliser des signaux optiques pour le stockage de données non volatiles :un capteur optoélectronique et un dispositif de mémoire. L'étude de l'ICMAB présente ces propriétés combinées dans un seul matériau capable de moduler sa résistance par lumière pulsée :un matériau photo-ferroélectrique.

Les matériaux ferroélectriques ont une polarisation électrique spontanée non volatile commutable électriquement. Dans des films ultraminces ferroélectriques d'un tel matériau pris en sandwich entre des métaux appropriés, un effet de phénomène de mécanique quantique apparaît appelé courant tunnel. Cet effet permet un flux de courant de charge à travers la couche ferroélectrique, qui est vraiment isolant, dans une quantité qui dépend de la direction de sa polarisation.

Dans les appareils en question, d'abord un champ électrique est utilisé une fois pour écrire les états ON/OFF, et il est combiné avec le stimulus optique pour favoriser le changement d'état ON/OFF, et moduler de manière réversible la résistance (de haut en bas, et vice versa).

Appareils et applications économes en énergie

Ces appareils sont économes en énergie pour deux raisons principales :d'une part, la consommation d'énergie est réduite lorsque l'état de la mémoire est écrit, car il n'a pas besoin de flux de courant de charge. Deuxièmement, comme les informations sont stockées de manière non volatile, l'état est conservé et il n'y a pas besoin de rafraîchir les informations (réécriture) comme cela se fait en permanence dans les mémoires RAM courantes de tous les ordinateurs, par exemple.

Le commutateur optique observé n'est pas limité aux matériaux étudiés et ouvre ainsi une voie vers des investigations plus poussées sur ce phénomène.

Quant aux futures candidatures, Ignasi Fina envisage ce qui suit :« Les appareils étudiés combinent des fonctions de capteur de lumière et de mémoire. De plus, comme le montre l'étude, l'appareil se comporte comme un memristor. Un memristor est un appareil qui peut afficher plusieurs états de résistance en fonction du stimulus qu'il a reçu, et est l'un des dispositifs de base pour le développement de systèmes informatiques neuromorphiques. Par conséquent, le dispositif développé ouvre une voie à explorer par rapport à son intégration dans les systèmes de vision neuromorphiques, où le système apprend à reconnaître les images."

L'étude a été publiée dans Communication Nature .