Cette découverte accidentelle pourrait révolutionner l’informatique

Une découverte imprévue pourrait réduire de manière significative l’énergie nécessaire pour les technologies de mémoire de prochaine génération. En explorant un matériau unique, le séléniure d’indium (In2Se3), les scientifiques affirment avoir mis au point une méthode permettant de diminuer jusqu’à un milliard de fois la consommation énergétique de la mémoire à changement de phase (PCM), une technologie capable de stocker des données sans avoir besoin d’une alimentation électrique constante.

La quête d’une mémoire universelle

Cette avancée représente un progrès majeur dans la résolution d’un des défis les plus importants liés au stockage de données dans les systèmes PCM, ouvrant la voie à des dispositifs électroniques à faible consommation d’énergie, selon l’étude publiée dans la revue Nature. L’un des objectifs majeurs de la recherche en informatique est la création d’une « mémoire universelle », un type de mémoire qui pourrait remplacer à la fois la mémoire vive (RAM) et les dispositifs de stockage tels que les disques durs ou les SSD. 

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La mémoire vive est rapide et essentielle pour les processus en cours, mais elle nécessite une alimentation constante. À l’inverse, les SSD et disques durs sont capables de conserver des données sans alimentation. La mémoire universelle chercherait à combiner les avantages des deux technologies. La mémoire à changement de phase (PCM), qui fait partie des technologies candidates pour remplir ce rôle, permet de stocker des informations de manière stable tout en offrant la possibilité de se réinitialiser rapidement. 

Elle fonctionne en alternant les matériaux entre deux états : cristallin, où les atomes sont bien ordonnés, et amorphe, où les atomes sont disposés de manière aléatoire. Ces changements d’état permettent de coder des données sous forme de 1 et de 0 binaires. Cependant, la technique utilisée pour provoquer ce changement d’état, appelée « fusion et trempe », nécessite un chauffage et un refroidissement rapides des matériaux, un processus énergivore qui limite la scalabilité de la technologie. 

Une découverte imprévue et prometteuse

Dans leur étude, les chercheurs ont trouvé une méthode permettant d’éviter complètement cette étape, en induisant l’amorphisation par une simple charge électrique. Cette approche réduit la consommation d’énergie et pourrait permettre des applications commerciales à plus grande échelle. « L’un des principaux obstacles à l’utilisation de la mémoire à changement de phase est sa consommation d’énergie », a expliqué Ritesh Agarwal, auteur principal de l’étude et professeur en science et ingénierie des matériaux à Penn Engineering. 

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Les chercheurs ont observé un phénomène inattendu lors de leurs expérimentations avec un matériau semi-conducteur appelé séléniure d’indium (In2Se3). Ce matériau possède des propriétés uniques, notamment ferroélectriques et piézoélectriques. Les matériaux ferroélectriques peuvent générer un champ électrique interne sans charge externe, tandis que les matériaux piézoélectriques se déforment sous l’effet d’une charge électrique.

Lors des tests, les chercheurs ont remarqué que des sections du matériau se transformaient en état amorphe (un changement d’état nécessaire pour encoder les données) lorsqu’elles étaient exposées à un courant continu, contrairement à ce qui est habituellement observé. Selon Gaurav Modi, co-auteur de l’étude, normalement, il faut des impulsions électriques pour induire une amorphisation, mais ici, un courant continu a perturbé la structure cristalline de manière inattendue. 

Comment le séléniure d’indium fonctionne-t-il ?

Le phénomène observé est dû à un effet mécanique induit par la charge électrique. Le courant provoque de petites déformations dans le matériau, créant une onde acoustique qui se propage à travers sa structure. Ce processus déclenche une réaction en chaîne, amorçant progressivement de plus en plus de zones du matériau. Ce mécanisme est similaire à une avalanche, où un petit événement provoque un effet de grande ampleur, ce qui permet une transformation à faible coût énergétique.

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Les chercheurs expliquent que cette amorphisation à faible énergie est rendue possible grâce à l’interaction des propriétés piézoélectriques et ferroélectriques du séléniure d’indium. Cette découverte pourrait jeter les bases de futures applications dans les domaines électroniques et photoniques, en développant des technologies beaucoup moins énergivores.

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