Une nouvelle forme de mémoire informatique grâce à des matériaux 2D

Des chercheurs américains ont mis au point une nouvelle forme de mémoire informatique en sollicitant stratégiquement des matériaux aussi fins qu’une seule couche d’atomes. Cette innovation combine rapidité, densité et faible consommation d’énergie.

Les scientifiques ont développé ces commutateurs résistifs hybrides dans le laboratoire de Stephen M. Wu, professeur assistant en génie électrique et informatique et en physique à l’Université de Rochester.

Leur approche associe les meilleures qualités de deux types de commutateurs résistifs utilisés pour la mémoire : les memristors et les matériaux à changement de phase. Ces deux formes ont été étudiées pour leurs avantages par rapport aux formes de mémoire les plus répandues aujourd’hui, telles que la mémoire vive dynamique (DRAM) et la mémoire flash, mais présentent également des inconvénients.

Dépasser les limites des memristors et matériaux à changement de phase

Wu explique que les memristors, qui fonctionnent en appliquant une tension à un filament mince entre deux électrodes, souffrent d’un manque de fiabilité par rapport à d’autres formes de mémoire. Par ailleurs, les matériaux à changement de phase, qui consistent à faire fondre sélectivement un matériau dans un état amorphe ou cristallin, nécessitent trop d’énergie.

« Nous avons combiné l’idée d’un memristor et d’un dispositif à changement de phase de manière à dépasser les limitations de chaque dispositif », précise Wu. « Nous fabriquons un dispositif memristor à deux bornes, qui entraîne un type de cristal vers un autre type de phase cristalline. Ces deux phases cristallines ont des résistances différentes que l’on peut ensuite stocker en tant que mémoire. »

L’importance des matériaux 2D

La clé réside dans l’utilisation de matériaux bidimensionnels qui peuvent être sollicités au point de se situer entre deux phases cristallines différentes et peuvent être orientés dans l’une ou l’autre direction avec relativement peu d’énergie.

« Nous l’avons conçu en étirant essentiellement le matériau dans une direction et en le comprimant dans une autre », explique M. Wu. « En faisant cela, vous améliorez les performances de plusieurs ordres de grandeur. Je vois un chemin où cela pourrait se retrouver dans les ordinateurs domestiques sous forme de mémoire ultra-rapide et ultra-efficace. Cela pourrait avoir de grandes implications pour l’informatique en général. »

Les scientifiques ont mené les travaux expérimentaux et ont collaboré avec des chercheurs du département de génie mécanique de Rochester afin d’identifier où et comment solliciter le matériau. Selon M. Wu, le plus grand défi à relever pour réaliser les memristors à changement de phase est d’améliorer encore leur fiabilité globale, mais il est néanmoins encouragé par les progrès réalisés jusqu’à présent.

En synthèse

Les chercheurs de l’Université de Rochester ont développé une nouvelle forme de mémoire informatique en combinant les avantages des memristors et des matériaux à changement de phase, tout en utilisant des matériaux bidimensionnels. Cette innovation pourrait mener à des mémoires ultra-rapides et ultra-efficaces pour les ordinateurs domestiques, avec un impact significatif sur l’informatique en général.

Pour une meilleure compréhension

1. Qu’est-ce que la nouvelle forme de mémoire informatique développée ?

Il s’agit d’une mémoire basée sur des commutateurs résistifs hybrides, combinant les avantages des memristors et des matériaux à changement de phase, tout en utilisant des matériaux bidimensionnels.

2. Quels sont les avantages de cette nouvelle mémoire ?

Cette nouvelle mémoire offre une rapidité, une densité et une faible consommation d’énergie supérieures à celles des mémoires traditionnelles.

3. Comment fonctionne cette nouvelle mémoire ?

Elle fonctionne en sollicitant des matériaux bidimensionnels entre deux phases cristallines différentes, permettant de stocker des informations sous forme de résistances différentes.

4. Quels sont les défis à relever pour améliorer cette nouvelle mémoire ?

Le principal défi est d’améliorer la fiabilité globale des memristors à changement de phase.

5. Quelles pourraient être les implications de cette nouvelle mémoire ?

Elle pourrait mener à des mémoires ultra-rapides et ultra-efficaces pour les ordinateurs domestiques, avec un impact significatif sur l’informatique en général.

Principaux enseignements

Références

Légende illustration principale :

Représentation artistique d’un matériau 2D stratégiquement étiré pour se situer de manière précaire entre deux phases cristallines différentes. Stephen Wu, professeur adjoint d’ingénierie électrique et informatique et de physique, utilise ces matériaux pour créer des memristors hybrides à changement de phase qui offrent une mémoire informatique rapide, à faible consommation d’énergie et à haute densité. (Illustration de l’Université de Rochester / Michael Osadciw).

Les chercheurs de l’Université de Rochester ont publié leurs travaux sur les commutateurs résistifs hybrides dans la revue Nature Electronics.