Schéma de la structure de dispositif proposée pour les memristors spintroniques neuromorphiques. Le chemin d'écriture est entre les bornes à travers la couche supérieure (ligne pointillée noire), le chemin de lecture passe par la pile de périphériques (ligne pointillée rouge). Le côté droit de la figure indique comment le choix du substrat dicte si le dispositif affichera un comportement déterministe ou probabiliste. Crédit :Groupe Banerjee, Université de Groningue
Les ordinateurs classiques utilisent des valeurs binaires (0/1) pour effectuer. Par contre, nos cellules cérébrales peuvent utiliser plus de valeurs pour fonctionner, les rendant plus économes en énergie que les ordinateurs. C'est pourquoi les scientifiques s'intéressent à l'informatique neuromorphique (de type cérébral). Des physiciens de l'Université de Groningen (Pays-Bas) ont utilisé un oxyde complexe pour créer des éléments comparables aux neurones et aux synapses du cerveau à l'aide de spins, une propriété magnétique des électrons. Leurs résultats ont été publiés le 18 mai dans la revue Frontières en nanotechnologie.
Bien que les ordinateurs puissent effectuer des calculs simples beaucoup plus rapidement que les humains, nos cerveaux surpassent les machines au silicium dans des tâches telles que la reconnaissance d'objets. Par ailleurs, notre cerveau utilise moins d'énergie que les ordinateurs. Cela s'explique en partie par le fonctionnement de notre cerveau :alors qu'un ordinateur utilise un système binaire (avec des valeurs 0 ou 1), les cellules du cerveau peuvent fournir plus de signaux analogiques avec une gamme de valeurs.
Films minces
Le fonctionnement de notre cerveau peut être simulé dans des ordinateurs, mais l'architecture de base repose toujours sur un système binaire. C'est pourquoi les scientifiques cherchent des moyens d'étendre cela, créer du matériel qui ressemble plus à un cerveau, mais s'interfacera également avec des ordinateurs normaux. "Une idée est de créer des bits magnétiques qui peuvent avoir des états intermédiaires, " dit Tamalika Banerjee, Professeur de spintronique des matériaux fonctionnels au Zernike Institute for Advanced Materials, Université de Groningue. Elle travaille sur la spintronique, qui utilise une propriété magnétique des électrons appelée « spin » pour le transport, manipuler et stocker des informations.
Dans cette étude, son doctorat étudiante Anouk Goossens, premier auteur de l'article, créé des couches minces d'un métal ferromagnétique (oxyde de strontium-ruthénate, SRO) cultivées sur un substrat d'oxyde de titanate de strontium. Le film mince résultant contenait des domaines magnétiques perpendiculaires au plan du film. "Ceux-ci peuvent être commutés plus efficacement que les domaines magnétiques dans le plan, " explique Goossens. En adaptant les conditions de croissance, il est possible de contrôler l'orientation du cristal dans le SRO. Précédemment, des domaines magnétiques hors plan ont été réalisés en utilisant d'autres techniques, mais ceux-ci nécessitent généralement des structures de couches complexes.
Anisotropie magnétique
Les domaines magnétiques peuvent être commutés à l'aide d'un courant à travers une électrode de platine au-dessus du SRO. Goossens :« Lorsque les domaines magnétiques sont orientés parfaitement perpendiculairement au film, cette commutation est déterministe :tout le domaine va basculer." Cependant, lorsque les domaines magnétiques sont légèrement inclinés, la réponse est probabiliste :tous les domaines ne sont pas identiques, et des valeurs intermédiaires se produisent lorsque seule une partie des cristaux du domaine a basculé.
En choisissant des variantes du substrat sur lequel le SRO est cultivé, les scientifiques peuvent contrôler son anisotropie magnétique. Cela leur permet de produire deux dispositifs spintroniques différents. "Cette anisotropie magnétique est exactement ce que nous voulions, " dit Goossens. " La commutation probabiliste se compare à la façon dont les neurones fonctionnent, tandis que la commutation déterministe ressemble plus à une synapse."
Les scientifiques s'attendent à ce qu'à l'avenir, Un matériel informatique semblable à un cerveau peut être créé en combinant ces différents domaines dans un dispositif spintronique qui peut être connecté à des circuits standard à base de silicium. Par ailleurs, la commutation probabiliste permettrait également le calcul stochastique, une technologie prometteuse qui représente des valeurs continues par des flux de bits aléatoires. Banerjee :"Nous avons trouvé un moyen de contrôler les états intermédiaires, pas seulement pour la mémoire mais aussi pour l'informatique."
