Les chercheurs découvrent un matériau surprenant pour la mémoire

Des chercheurs ont réalisé une découverte majeure dans le développement de la mémoire à changement de phase non volatile – un type de mémoire électronique capable de stocker des données même lorsque l’alimentation est coupée – en utilisant un matériau qui n’a jamais présenté les caractéristiques requises pour une telle mémoire.

Jusqu’à présent, la mémoire à changement de phase a principalement été développée à l’aide de chalcogénures – un groupe de matériaux connus pour présenter des changements électriques réversibles lorsqu’ils passent entre leurs états cristallin et amorphe. Mais si un matériau encore meilleur existait ?

Les nickelates stratifiés : un matériau prometteur

Dans une étude récemment publiée, les chercheurs rapportent un changement réversible de la résistivité électrique à température ambiante dans un nickelate stratifié, offrant potentiellement de meilleures performances et une durabilité supérieure.

L’étude a été publiée dans la revue Advanced Science le 3 septembre 2023. Les nickelates stratifiés sont une classe de matériaux d’oxyde complexes composés d’ions nickel. Ils présentent une structure stratifiée, où des plans d’atomes de nickel et d’oxygène sont entrecoupés de couches contenant d’autres éléments, souvent des éléments alcalino-terreux ou des terres rares.

Leur arrangement stratifié unique a suscité l’intérêt des chercheurs en raison des propriétés intrigantes de leurs électrons, avec des applications potentielles dans des domaines tels que la supraconductivité et, dans ce cas, l’électronique.

Structure et propriétés des nickelates stratifiés

Le nickelate stratifié étudié par les chercheurs est composé de couches d’atomes de strontium, de bismuth et d’oxygène dans un arrangement structural de type « sel gemme« , entrelacées avec des couches de molécules de strontium, de nickel et d’oxygène dans une structure pérovskite.

Les pérovskites sont définies par une structure cristalline spécifique de deux atomes chargés positivement et un chargé négativement, et présentent un certain nombre de propriétés intrigantes, de la supraconductivité à la ferroélectricité – une polarisation électrique spontanée qui peut être inversée par l’application d’un champ électrique.

Cette dernière caractéristique est particulièrement intéressante en ce qui concerne la mémoire à changement de phase non volatile, car celle-ci repose sur la capacité d’un matériau à passer d’un état à un autre de manière réversible.

Recherche de la réversibilité thermique

« Nous voulions savoir si une réversibilité similaire pouvait être obtenue thermiquement« , a indiqué Hideyuki Kawasoko, co-auteur de l’étude et chercheur en science des matériaux à l’Université de Tohoku au Japon.

Une telle réversibilité a été démontrée dans divers chalcogénures, mais pas dans les oxydes de métaux de transition – du moins jusqu’à présent. Bien que les chalcogénures se soient déjà révélés efficaces pour de nombreuses applications de mémoire à changement de phase, les oxydes de métaux de transition présentent souvent une meilleure stabilité thermique et chimique par rapport à certains chalcogénures.

Cela pourrait conduire à des dispositifs ayant une durée de vie plus longue et pouvant fonctionner dans des conditions plus difficiles.

Avantages potentiels des oxydes de métaux de transition

De nombreux oxydes de métaux de transition sont également plus abondants que les chalcogénures, ce qui peut réduire les coûts et améliorer la durabilité.

Les oxydes de métaux de transition sont déjà largement utilisés dans l’électronique, les capteurs et les applications connexes. S’ils peuvent être adaptés à de nouvelles fonctions, comme la mémoire à changement de phase, il pourrait être plus facile de les intégrer dans les processus de fabrication et les dispositifs existants, simplifiant encore la chaîne d’approvisionnement et offrant potentiellement des avantages supplémentaires en matière de durabilité.

Changement de phase réentrant cristallin

Les chercheurs ont découvert que leur nickelate stratifié particulier présente un changement de phase cristallin réentrant thermique. Cela fait référence à un type de changement de phase qui se produit lorsqu’un matériau subit une transition réversible entre trois phases cristallines lorsqu’il est chauffé et refroidi.

« En gros, le matériau peut passer d’une phase à l’autre plusieurs fois lorsqu’il est chauffé et refroidi« , a conclu Tomoteru Fukumura, l’autre auteur de l’article. Cela contraste avec un changement de phase typique, qui est irréversible et ne se produit qu’une fois lorsque le matériau est chauffé ou refroidi.

En synthèse

Le changement de phase réentrant observé dans le nickelate stratifié de l’étude est significatif car il permet la commutation réversible de la résistivité électrique, et ce, à température ambiante. Cela permet le développement d’une mémoire à changement de phase non volatile à plusieurs niveaux en utilisant ce type de matériau et dans des applications courantes.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce que la mémoire à changement de phase non volatile ?

La mémoire à changement de phase non volatile est un type de mémoire électronique capable de stocker des données même lorsque l’alimentation est coupée. Elle repose sur la capacité d’un matériau à passer d’un état à un autre de manière réversible, modifiant ainsi sa résistivité électrique.

2. Quel est le rôle des nickelates stratifiés dans cette étude ?

Les nickelates stratifiés sont une classe de matériaux d’oxyde complexes composés d’ions nickel. Les chercheurs ont découvert que leur nickelate stratifié particulier présente un changement de phase cristallin réentrant thermique, permettant la commutation réversible de la résistivité électrique à température ambiante.

3. Qu’est-ce qu’un changement de phase réentrant ?

Un changement de phase réentrant est un type de changement de phase qui se produit lorsqu’un matériau subit une transition réversible entre trois phases cristallines lorsqu’il est chauffé et refroidi. Cela permet au matériau de passer d’une phase à l’autre plusieurs fois lorsqu’il est chauffé et refroidi.

4. Quels sont les avantages des oxydes de métaux de transition ?

Les oxydes de métaux de transition présentent souvent une meilleure stabilité thermique et chimique par rapport à certains chalcogénures, ce qui pourrait conduire à des dispositifs ayant une durée de vie plus longue et pouvant fonctionner dans des conditions plus difficiles. De plus, ils sont généralement plus abondants, ce qui peut réduire les coûts et améliorer la durabilité.

5. Quelles sont les implications pour les dispositifs utilisant la mémoire non volatile ?

La découverte d’un changement de phase réentrant dans le nickelate stratifié permet le développement d’une mémoire à changement de phase non volatile à plusieurs niveaux en utilisant ce type de matériau et dans des applications courantes. L’étude a également permis de mieux comprendre les mécanismes spécifiques impliqués dans la commutation réversible de la résistivité électrique à température ambiante, ce qui pourrait avoir des implications importantes pour les dispositifs qui reposent sur la mémoire non volatile.

Un nouveau matériau offre une mémoire à changement de phase non volatile multi-niveaux plus durable et durable. Crédit : Tohoku Université

Article : « Changement de phase cristalline thermiquement rentrant dans le nickelate dérivé de la pérovskite permettant une commutation réversible de la résistivité électrique à température ambiante » – auteurs : Kota Matsumoto, Hideyuki Kawasoko, Eiji Nishibori et Tomoteru Fukumura – Journal : Advanced Science – DOI : 10.1002/advs.202304978