La quête de nouvelles technologies de mémoire pour les dispositifs informatiques se poursuit, avec pour objectif principal de surmonter les limitations des systèmes de mémoire traditionnels. Parmi les solutions émergentes, la mémoire magnétorésistive (MRAM) se distingue par ses avantages tels que la non-volatilité, la rapidité et une capacité de stockage accrue. Cependant, la réduction de la consommation énergétique lors de l’écriture des données demeure un défi majeur pour les chercheurs.
La mémoire magnétorésistive (MRAM) se distingue par ses nombreuses qualités par rapport aux mémoires traditionnelles. Elle offre des performances en termes de vitesse, de densité de stockage et d’endurance. Cependant, la consommation énergétique lors de l’écriture des données reste un point faible. Les dispositifs MRAM actuels utilisent des états magnétiques pour le stockage des données, ce qui leur permet d’être non volatiles, contrairement aux mémoires dynamiques (DRAM) qui nécessitent une alimentation continue pour maintenir leurs données.
Une nouvelle approche pour réduire la consommation énergétique
Des chercheurs de l’Université d’Osaka ont proposé une nouvelle technologie pour les dispositifs MRAM qui vise à diminuer leur consommation énergétique lors de l’écriture des données. Ils ont mis au point un système d’écriture basé sur un champ électrique, qui contraste avec les méthodes actuelles basées sur le courant électrique. Cette innovation pourrait potentiellement remplacer les technologies de RAM traditionnelles.
Les dispositifs DRAM traditionnels reposent sur des transistors et des condensateurs pour stocker les données, mais ces dernières sont volatiles et nécessitent de l’énergie pour être conservées. En revanche, la MRAM utilise des états magnétiques pour l’écriture et le stockage des données, garantissant ainsi une conservation des données sans alimentation continue.
« Les dispositifs MRAM s’appuient sur un état de magnétisation non volatile plutôt que sur un état de charge volatile dans les condensateurs, ils constituent donc une alternative intéressante à la DRAM en termes de faible consommation énergétique en mode veille », a expliqué Takamasa Usami, auteur principal de l’étude.
L’innovation du contrôle par champ électrique
Le passage de l’utilisation d’un courant électrique à un champ électrique pour manipuler les vecteurs de magnétisation dans les jonctions tunnel magnétiques représente un tournant pour la technologie MRAM. Auparavant, un courant électrique important était nécessaire pour changer les vecteurs de magnétisation, entraînant une surchauffe et une consommation énergétique accrue.
Pour répondre à ce problème, les chercheurs ont développé une nouvelle composante pour le contrôle par champ électrique des dispositifs MRAM. Ils ont utilisé une hétérostructure multiferroïque où les vecteurs de magnétisation peuvent être modifiés par un champ électrique. L’efficacité de cette hétérostructure se mesure par le coefficient de couplage magnétoélectrique inverse (CME) ; un coefficient plus élevé signifie une réponse magnétique plus forte.
Ils ont précédemment rapporté une hétérostructure multiferroïque avec un coefficient de couplage CME supérieur à 10-5 s/m. Cependant, des fluctuations structurales dans la couche ferromagnétique (Co2FeSi) ont rendu difficile l’obtention de l’anisotropie magnétique souhaitée, entravant ainsi le fonctionnement fiable par champ électrique. Pour améliorer la stabilité de cette configuration, les chercheurs ont introduit une couche de vanadium ultra-mince entre les couches ferromagnétique et piézoélectrique. Cette insertion a permis d’obtenir une interface claire, facilitant ainsi le contrôle précis de l’anisotropie magnétique dans la couche Co2FeSi et augmentant le coefficient CME au-delà des valeurs obtenues avec des dispositifs similaires sans cette couche.
Vers une application pratique de la ME-MRAM
Les chercheurs ont également démontré la possibilité de réaliser deux états magnétiques différents à champ électrique nul en modifiant la séquence d’application du champ électrique. Cela signifie que des états binaires non volatiles peuvent être obtenus sans consommation d’énergie supplémentaire.
« Grâce à un contrôle précis des hétérostructures multiferroïques, deux exigences clés pour la mise en œuvre de dispositifs ME-MRAM pratiques sont remplies : un état binaire non volatile avec champ électrique nul et un effet CME géant », a déclaré Kohei Hamaya, auteur senior de l’étude.
Ces découvertes dans le domaine des dispositifs spintroniques pourraient être appliquées à des dispositifs MRAM pratiques, permettant aux fabricants de développer une ME-MRAM qui propose une technologie d’écriture à faible consommation pour une vaste gamme d’applications nécessitant une mémoire persistance et sécurisée.
Légende illustration : un scientifique qui examine un composant mémoire électronique- Gen AI
Article : ‘Artificial control of giant converse magnetoelectric effect in spintronic multiferroic heterostructure’ / ( 10.1002/advs.202413566 ) -Osaka University – Publication dans la revue Advanced Science / 25-Dec-2024
Source : U. Osaka
