Une équipe dirigée par Stanford a inventé un moyen de stocker des données en faisant glisser des couches de métal atomiquement minces les unes sur les autres, une approche qui pourrait emballer plus de données dans moins d'espace que les puces de silicium, tout en consommant moins d'énergie.

La recherche, dirigé par Aaron Lindenberg, professeur agrégé de science et ingénierie des matériaux à Stanford et au SLAC National Accelerator Laboratory, serait une mise à niveau significative du type de stockage de mémoire non volatile que les ordinateurs d'aujourd'hui accomplissent avec des technologies à base de silicium comme les puces flash.

Xiang Zhang, ingénieur en mécanique de l'UC Berkeley, Xiaofeng Qian, scientifique en matériaux de Texas A&M, et le professeur de science et d'ingénierie des matériaux Stanford/SLAC Thomas Devereaux ont également aidé à diriger les expériences, qui sont décrits dans le journal Physique de la nature . La percée est basée sur une classe de métaux nouvellement découverte qui forment des couches incroyablement minces, dans ce cas seulement trois atomes d'épaisseur. Les chercheurs ont empilé ces couches, fabriqué à partir d'un métal appelé ditellurure de tungstène, comme un jeu de cartes à l'échelle nanométrique. En injectant un tout petit peu d'électricité dans la pile, ils ont provoqué un léger décalage de chaque couche impaire par rapport aux couches paires au-dessus et en dessous. Le décalage était permanent, ou non volatile, jusqu'à ce qu'une autre décharge électrique provoque le réalignement des couches paires et impaires.

"L'agencement des couches devient une méthode d'encodage de l'information, " Lindenberg dit, créer le on-off, 1 et 0 qui stockent des données binaires.

Pour lire les données numériques stockées entre ces couches changeantes d'atomes, les chercheurs exploitent une propriété quantique connue sous le nom de courbure de Berry, qui agit comme un champ magnétique pour manipuler les électrons dans le matériau pour lire la disposition des couches sans perturber l'empilement.

Jun Xiao, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Lindenberg et premier auteur de l'article, dit qu'il faut très peu d'énergie pour déplacer les couches d'avant en arrière. Cela signifie qu'il devrait prendre beaucoup moins d'énergie pour "écrire" un zéro ou un sur le nouvel appareil que ce qui est requis pour les technologies de mémoire non volatile d'aujourd'hui. Par ailleurs, sur la base de recherches du même groupe publiées dans La nature l'année dernière, le glissement des couches atomiques peut se produire si rapidement que le stockage des données pourrait être effectué plus de cent fois plus rapidement qu'avec les technologies actuelles.

La conception de l'appareil prototype était basée en partie sur des calculs théoriques fournis par les co-auteurs Xiaofeng Qian, professeur assistant à la Texas A&M University, et Hua Wang un étudiant diplômé dans son laboratoire. Après que les chercheurs aient observé des résultats expérimentaux conformes aux prédictions théoriques, ils ont fait d'autres calculs qui les amènent à croire que d'autres améliorations à leur conception amélioreront considérablement la capacité de stockage de cette nouvelle approche, ouvrant la voie à une évolution vers une nouvelle, et une classe bien plus puissante de mémoire non volatile utilisant des matériaux 2D ultrafins.

L'équipe a breveté sa technologie tout en affinant davantage son prototype et sa conception de mémoire. Ils prévoient également de rechercher d'autres matériaux 2D qui pourraient fonctionner encore mieux comme supports de stockage de données que le ditellurure de tungstène.

"Le résultat scientifique ici, " Lindenberg ajoute, « est-ce que de très légers ajustements à ces couches ultrafines ont une grande influence sur ses propriétés fonctionnelles. Nous pouvons utiliser ces connaissances pour concevoir de nouveaux appareils économes en énergie vers un avenir durable et intelligent. »