Sans le silicium, l’ère numérique n’aurait jamais vu le jour. Second élément le plus abondant de la croûte terrestre après l'oxygène, le silicium ne coûte pas cher et il a la capacité de conduire l'électricité et/ou d'agir comme un isolant. En plaquette, le silicium fait tourner les ordinateurs, les smartphones et autres appareils électroniques que nous utilisons pour travailler et, surtout, pour nous éviter d’avoir à faire certaines tâches. Le silicium est donc clairement indispensable. Mais peut-être pas. Notre demande insatiable de données, plus la nécessité de les stocker, repoussent les limites de ce que le silicium peut offrir en termes de vitesse, de densité et de sécurité. Mais comment trouver un digne successeur aux dispositifs de mémoire à base de silicium ? Les physiciens du MIT ont cherché du côté de ce qu'on appelle les antiferromagnétiques.

Comme l'a écrit Jennifer Chu du MIT News Office, « les matériaux antiferromagnétiques, ou AFM, sont les moins connus des ferromagnétiques, ou des matériaux magnétiques classiques. Alors que les électrons des ferromagnétiques tournent de manière synchrone - une propriété qui permet à l'aiguille d'une boussole de pointer vers le nord, en suivant collectivement le champ magnétique terrestre - les électrons d'un antiferromagnétique préfèrent le spin opposé à celui de leur voisin, dans un « anti-alignement » qui annule efficacement l'aimantation, même à des échelles très petites ». (On ne peut que remercier Jennifer Chu pour ces explications). « L'absence d'aimantation nette dans un antiferromagnétique le rend insensible à tout champ magnétique externe. S'ils étaient transformés en dispositifs de mémoire, les bits antiferromagnétiques pourraient protéger toutes les données codées contre l'effacement magnétique. Ils pourraient également être transformés en transistors plus petits et l’on pourrait mettre beaucoup plus de transistors par puce qu’avec le silicium traditionnel ».

Même taille mais plus de données sur une puce

Cette remarque est essentielle : des transistors plus petits et en plus grand nombre par puce que le silicium traditionnel. Pour les entreprises ayant ont besoin d'une plus grande capacité de stockage de données dans leurs équipements – donc, pratiquement toutes – cette annonce ne pourra que les enthousiasmer. « Une mémoire AFM pourrait permettre d'augmenter la capacité de stockage de données des appareils actuels : même volume, mais plus de données », a aussi expliqué Riccardo Comin, professeur adjoint de physique au MIT et auteur principal de l'étude. Cependant, la mémoire AFM a probablement aussi ses propres défis et ses propres limites potentielles. « Chaque fois que vous avez besoin d'un courant pour lire ou écrire, il faut beaucoup d'énergie par opération », a déclaré Jiarui Li, l'auteur principal et étudiant diplômé. « Dans un système à très petite échelle, l'énergie et la chaleur générées par les courants de fonctionnement sont importantes ».

L'équipe du MIT a obtenu un certain succès dans ses expériences pour améliorer l’efficacité du déploiement de la commutation AFM. (Dans ce contexte, la commutation correspond au processus par lequel les données sont écrites sur des transistors qui peuvent être activés et désactivés pour créer un modèle de bits qui définit une image stockée ou un autre fichier numérique. Pensez au classique code binaire 1 et 0). En particulier, ils ont pu utiliser une technique dite de dopage - à savoir, l'introduction d'impuretés dans un matériau - pour modifier les propriétés électroniques d'un oxyde AFM appelé nickélate de néodyme et ils ont réussi à allumer et à éteindre l’antiferromagnétique.

Pour le stockage d'abord

S’il y a peu de chance de voir apparaître sur le marché des smartphones ou des ordinateurs équipés d'un système de stockage AFM, l’industrie numérique alimentée par les données nous obligera un jour à dépasser le silicium. « Ce pourrait être l'occasion de développer un dispositif de stockage à mémoire magnétique fonctionnant de la même manière que les puces en silicium, avec l'avantage supplémentaire de pouvoir stocker des informations dans des domaines très robustes et offrant des densités élevées », a encore expliqué Riccardo Comin. « C'est la clé pour relever les défis d'un monde axé sur les données », a-t-il ajouté.