Dans le monde actuel de l'information numérique, une énorme quantité de données est échangée et stockée quotidiennement.
Dans les années 1980, IBM a dévoilé le premier disque dur, de la taille d'un réfrigérateur, capable de stocker 1 Go de données. Aujourd'hui, nous disposons de dispositifs de mémoire dotés d'une capacité de stockage de données mille fois supérieure et pouvant facilement s'insérer dans le paume de notre main. Si le rythme actuel d'augmentation des informations numériques est une indication, nous avons besoin de systèmes d'enregistrement de données encore plus récents, plus légers, ayant un faible impact environnemental et, plus important encore, ayant une densité de stockage de données plus élevée.
Récemment, une nouvelle classe de matériaux appelés cristaux liquides colonnaires ferroélectriques axialement polaires (AP-FCLC) est apparue comme candidate pour les futurs matériaux de stockage de mémoire haute densité. Un AP-FCLC est un cristal liquide avec une structure de colonnes parallèles générées par auto-assemblage moléculaire, qui ont une polarisation le long de l'axe de la colonne.
Les colonnes changent de direction polaire lors de l'application d'un champ électrique externe. Si les AP-FCLC peuvent maintenir leur polarisation même après la suppression du champ électrique, cette propriété, ainsi que leur flexibilité, leur composition sans métal, leur capacité d'économie d'énergie et leur faible impact environnemental, rendent les AP-FCLC idéaux pour les applications à ultra haute densité. dispositifs de mémoire. Malheureusement, en raison de la nature fluide des cristaux liquides, la polarité induite par un champ électrique externe peut être facilement annulée par des stimuli externes.
Une solution à ce problème a été proposée par une équipe de chercheurs de l'Université de Chiba, dirigée par le professeur Keiki Kishikawa de la Graduate School of Engineering et comprenant l'étudiant au doctorat Hikaru Takahashi de la Graduate School of Science and Engineering et le professeur agrégé Michinari Kohri de l'École Supérieure d'Ingénierie.
Dans leur récente étude révolutionnaire, publiée dans ACS Applied Nano Materials , l'équipe a présenté un mécanisme de fixation de polarisation pour un système AP-FCLC à base d'urée, dans lequel les matériaux peuvent subir une transition en douceur de la phase AP-FCLC à une phase cristalline (Cr) sans affecter la structure polaire induite.
"L'objectif était de réaliser un composé avec trois états :un état inscriptible et réinscriptible, un état d'effacement et un état de sauvegarde. L'accent a été mis sur la minimisation du changement dans les structures d'emballage moléculaire au cours du processus de transition de phase FCLC-Cr", explique le professeur. .Kishikawa.
Pour créer un système AP-FCLC fixable en polarisation, l'équipe a synthétisé la 1,3-bis(3',4'-di(2-butyloctyloxy)[1,1'-biphényl]-4-yl)urée, une molécule organique constitué d'urée en son centre moléculaire pour générer un réseau de liaisons hydrogène qui peut faciliter la formation d'agrégats en colonnes dans un état de cristaux liquides (LC), de deux groupes biphényle comme substituants pour générer de fortes interactions intermoléculaires dans la structure de la colonne, et de quatre groupes alkyle volumineux comme chaînes terminales pour éviter un tassement moléculaire serré et permettre une transition de phase FCLC−Cr à basse température.
Le système FCLC préparé présentait une préservation de la polarisation dans la phase Cr, avec un stockage des informations de polarisation thermiquement stable et une résistance au champ électrique externe à température ambiante. De plus, les chercheurs ont découvert que les molécules s'auto-triaient en colonnes hélicoïdales de taille nanométrique, qui formaient ensuite de petits domaines et devenaient de nature ferroélectrique.
Cette étude propose une nouvelle stratégie pour le développement de systèmes AP-FCLC capables de conserver leurs informations de polarisation pendant une longue période. Le cadre proposé peut être utilisé pour développer des matériaux de mémoire stables avec une tolérance élevée aux stimuli externes et un faible impact environnemental.
"Les AP-FCLC ont le potentiel d'atteindre une densité d'enregistrement plus de 10 000 fois supérieure à celle des disques Blu-ray, mais ils n'ont pas été mis en pratique en raison du problème d'instabilité. Ce travail contribuera à améliorer leur fiabilité, ouvrant la voie à la lumière. -les appareils électroniques flexibles et les appareils d'enregistrement d'informations confidentielles incinérables", conclut le professeur Kishikawa.
Plus d'informations : Hikaru Takahashi et al, Système cristallin liquide en colonne ferroélectrique axialement polaire qui maintient la polarisation lors du passage à la phase cristalline :implications pour le maintien des informations de polarisation à long terme, Nanomatériaux appliqués par ACS (2023). DOI :10.1021/acsanm.3c01508
Fourni par l'Université de Chiba
