— Olga Miltsova / Shutterstock.com

La taille de plus en plus réduite des composants électroniques implique que la technologie qui les alimente adopte une échelle similaire. Par conséquent, l’un des principaux défis pour les scientifiques consiste à identifier des matériaux se révélant à la fois ultra-fins et efficients.

Une avancée majeure dans le domaine de la ferroélectricité

Une équipe de chercheurs de l’université de Berkeley, en Californie, a conçu un matériau ferroélectrique ultra-fin qu’elle a appliqué sur du silicium. Les conclusions de leurs travaux ont récemment été présentées dans la revue Nature.

Les matériaux ferroélectriques présentent une polarisation spontanée pouvant être renversée lorsque ceux-ci sont exposés à un champ électrique externe, ce qui s’avère particulièrement intéressant dans le domaine de l’électronique. En particulier dans le domaine du stockage, puisque les bits ferroélectriques ont la particularité de pouvoir être écrits grâce à une tension et à une puissance plus faibles que les bits magnétiques utilisés par les disques durs.

Dans le cadre de leurs expériences, les chercheurs californiens ont démontré les propriétés ferroélectriques d’un matériau d’à peine 1 nanomètre d’épaisseur, qui pourrait donc être utilisé pour alimenter efficacement les composants électroniques les plus compacts, avec des quantités d’énergie largement réduites.

« Nous fabriquons des composants informatiques de plus en plus petits », explique Sayeef Salahuddin, auteur principal de l’étude. « Cette taille réduite vous empêche d’utiliser des matériaux épais, mais avec notre matériau ferroélectrique ultra-fin, le manque d’espace ne représente plus un obstacle. »

Représentation 3D de la structure du matériau ultra-fin conçu par les chercheurs

Des batteries plus efficientes et des puces mémoire beaucoup plus compactes

Si l’équipe avait précédemment réussi à développer des matériaux ultra-fins présentant de telles propriétés, en dessous de 3 nanomètres environ, « la ferroélectricité avait tendance à diminuer pour les matériaux classiques », a estimé Suraj Cheema, co-auteur de l’étude.

Les chercheurs se sont donc tournés vers l’oxyde d’hafnium modifié, qui a été déposé sur du silicium sous la forme d’une couche atomique (moins d’1 nanomètre d’épaisseur). Et il s’est avéré que ses propriétés ferroélectriques étaient plus marquées que pour des matériaux de plusieurs nanomètres d’épaisseur, ce qui constitue, selon les auteurs de l’étude « une percée fondamentale » dans ce domaine.

D’après Salahuddin, cette avancée pourrait permettre la mise au point de batteries et de capteurs ultra-efficients, mais s’avèrerait surtout prometteuse dans le domaine de l’informatique, puisqu’elle laisse entrevoir la possibilité de développer des puces mémoire et des puces logiques beaucoup plus petites.

« La découverte de propriétés ferroélectriques pour des matériaux d’à peine 1 nanomètre d’épaisseur signifie que ce type d’unités de stockage pourraient être réduites à des dimensions bien inférieures à ce que l’on croyait auparavant possible », concluent les auteurs de l’étude.

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