(Phys.org) —Les cellules de mémoire résistive (ReRAM) sont considérées comme une solution prometteuse pour les futures générations de mémoires informatiques. Ils réduiront considérablement la consommation d'énergie des systèmes informatiques modernes tout en augmentant considérablement leurs performances. Contrairement aux éléments constitutifs des disques durs et mémoires conventionnels, ces nouvelles cellules mémoires ne sont pas des composants purement passifs mais doivent être considérées comme de minuscules batteries. Cela a été démontré par des chercheurs de la Jülich Aachen Research Alliance (JARA), dont les résultats ont maintenant été publiés dans la prestigieuse revue Communication Nature . La nouvelle découverte révise radicalement la théorie actuelle et ouvre des possibilités pour d'autres applications. Le groupe de recherche a déjà déposé une demande de brevet pour sa première idée sur la façon d'améliorer la lecture des données à l'aide de la tension de la batterie.

La mémoire de données conventionnelle fonctionne sur la base d'électrons qui sont déplacés et stockés. Cependant, même selon les normes atomiques, les électrons sont extrêmement petits. Il est très difficile de les contrôler, par exemple au moyen de parois isolantes relativement épaisses, afin que les informations ne soient pas perdues avec le temps. Cela ne limite pas seulement la densité de stockage, cela coûte aussi beaucoup d'énergie. Pour cette raison, les chercheurs travaillent fébrilement partout dans le monde sur des composants nanoélectroniques utilisant des ions, c'est-à-dire des atomes chargés, pour stocker des données. Les ions sont des milliers de fois plus lourds que les électrons et sont donc beaucoup plus faciles à « maintenir ». De cette façon, les éléments de stockage individuels peuvent presque être réduits à des dimensions atomiques, ce qui améliore énormément la densité de stockage.

Dans les cellules de mémoire à commutation résistive (ReRAM), les ions se comportent à l'échelle nanométrique de la même manière qu'une batterie. Les cellules ont deux électrodes, par exemple en argent et platine, à laquelle les ions se dissolvent puis précipitent à nouveau. Cela modifie la résistance électrique, qui peuvent être exploités pour le stockage de données. Par ailleurs, les processus de réduction et d'oxydation ont également un autre effet. Ils génèrent une tension électrique. Les cellules ReRAM ne sont donc pas des systèmes purement passifs - ce sont également des composants électrochimiques actifs. Par conséquent, ils peuvent être considérés comme de minuscules batteries dont les propriétés fournissent la clé d'une modélisation et d'un développement corrects du futur stockage de données.

Dans des expériences complexes, les scientifiques du Forschungszentrum Jülich et de l'université RWTH d'Aix-la-Chapelle ont déterminé la tension de la batterie de représentants typiques des cellules ReRAM et les ont comparés aux valeurs théoriques. Cette comparaison a révélé d'autres propriétés (comme la résistance ionique) qui n'étaient auparavant ni connues ni accessibles. "Regarder en arrière, la présence d'une tension de batterie dans les ReRAM va de soi. Mais pendant le processus de révision de neuf mois de l'article maintenant publié, nous avons dû faire beaucoup de persuasion, étant donné que la tension de la batterie dans les cellules ReRAM peut avoir trois causes fondamentales différentes, et l'attribution de la cause correcte est tout sauf triviale, " dit le Dr Ilia Valov, l'électrochimiste du groupe de recherche du professeur Rainer Waser.

La nouvelle découverte est d'une importance capitale, en particulier, pour la description théorique des composants de la mémoire. À ce jour, Les cellules ReRAM ont été décrites à l'aide du concept de memristors – un mot-valise composé de « mémoire » et de « résistance ». Le concept théorique des memristors remonte à Leon Chua dans les années 1970. Il a été appliqué pour la première fois aux cellules ReRAM par la société informatique Hewlett-Packard en 2008. Il vise le stockage permanent d'informations en modifiant la résistance électrique. La théorie des memristors conduit à une restriction importante. Il est limité aux composants passifs. "La tension de batterie interne démontrée des éléments ReRAM viole clairement la construction mathématique de la théorie des memristors. Cette théorie doit être étendue à une toute nouvelle théorie - pour décrire correctement les éléments ReRAM, " dit le Dr Eike Linn, le spécialiste des concepts de circuits dans le groupe des auteurs. Cela place également le développement de toutes les puces micro et nanoélectroniques sur une toute nouvelle base.

« Les nouvelles découvertes aideront à résoudre un casse-tête central de la recherche internationale ReRAM, " dit le professeur Rainer Waser, porte-parole adjoint du centre de recherche collaboratif SFB 917 'Nanoswitches' créé en 2011. Ces dernières années, ces aspects déroutants incluent des phénomènes de dérive à long terme inexpliqués ou des écarts systématiques de paramètres, qui avait été attribué aux méthodes de fabrication. « A la lumière de ces nouvelles connaissances, il est possible d'optimiser spécifiquement la conception des cellules ReRAM, et il peut être possible de découvrir de nouvelles façons d'exploiter la tension de la batterie des cellules pour des applications complètement nouvelles, qui étaient auparavant hors de portée des possibilités techniques, " ajoute Waser, dont le groupe collabore depuis des années avec des sociétés telles qu'Intel et Samsung Electronics dans le domaine des éléments ReRAM.