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Brevets et licences

Un neurone artificiel réalisé avec un isolant de Mott en couche mince

Des chercheurs de l’Institut des matériaux Jean Rouxel1 ont réalisé un nouveau composant électronique qui permet de reproduire le fonctionnement d'un neurone. Ce neurone artificiel a pu être fabriqué par un procédé en couches minces, compatible avec les procédés de la microélectronique, ouvrant ainsi une voie vers la réalisation de circuits neuronaux artificiels.

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Une équipe de recherche de l’Institut des matériaux Jean Rouxel1 développe une future génération de mémoires résistives basés sur les isolants de Mott2, matériaux qui peuvent basculer à l'état conducteur lorsqu'ils sont soumis à une tension électrique Cette équipe multidisciplinaire3 a aussi montré que ces matériaux pouvaient reproduire le comportement électrique des neurones. Dans le cerveau, un neurone réalise trois fonctions de base : Integrate : il reçoit des impulsions électriques des neurones voisins et les intègre via sa membrane ; Leaky : entre les impulsions sa membrane se décharge ; Fire : quand le potentiel de la membrane atteint un certain seuil, le neurone envoie lui-même une impulsion vers les autres neurones. Ces fonctions ont pu être réalisées avec un matériau isolant de Mott, d'abord sous la forme d'un cristal, puis, plus récemment, avec un dispositif en couches minces4.

Les chercheurs ont d’abord étudié les propriétés de l’isolant de Mott de formule (V0,95Cr0,05)2O3. Ils ont ensuite mis au point un procédé de dépôt en couches minces par pulvérisation magnétron pour aboutir à un composant miniaturisé5. Quand il est soumis à un train d'impulsions électriques, le composant ainsi réalisé reproduit les fonctions « Leak, integrate and fire » d'un neurone. « Le passage à une technologie en couches minces était indispensable pour envisager des applications en microélectronique », indique Laurent Cario, chercheur à l’Institut des matériaux Jean Rouxel. A terme, le neurone artificiel réalisé par des procédés compatibles avec ceux utilisés en microélectronique, permet d'envisager des réseaux de neurones intégrés pour l'exécution de tâches d'intelligence artificielle. Grâce à leur technique de fabrication d'isolants de Mott en couches minces, les chercheurs poursuivent les études fondamentales sur les phénomènes physiques qui interviennent dans la transition entre les états isolant et conducteur de ces matériaux. Ces travaux ouvrent ainsi la voie à une nouvelle classe de composants électroniques à base d’isolants de Mott : la mottronique.

 

1 Institut des matériaux Jean Rouxel (CNRS/Université de Nantes)

2 Un projet de maturation de l’Institut des matériaux Jean Rouxel, en collaboration avec le CEA-Leti, et soutenu par la Satt Ouest Valorisation, vise à fabriquer des mémoires électroniques résistives à base d'isolants de Mott : des « Mott-RAM », dont l'objectif est de remplacer à terme les mémoires flash qui atteindront leurs limites technologiques après 2020. De telles mémoires permettraient de dépasser les limitations de la mémoire Flash en termes de miniaturisation, tout en offrant des vitesses de programmation plus de 1000 fois supérieures. Une mémoire de 1 Mbit, comportant des cellules mémoires de taille nanométrique intégrées sur un wafer de 200 mm, et adressées par transistors, est en cours de réalisation.

3 L’équipe est composée de L. Cario et E. Janod (chimistes du solide), B. Corraze (physicien du solide), M.P. Besland (spécialiste d’ingénierie du solide) et J. Tranchant (ingénieur valorisation).

4 Brevets :

  • Brevet FR294340, « Procédé de préparation d’une couche mince de thiospinelles », en propriété CNRS, déposé le 18/03/2009 ;
  • Brevet FR1253275, «  Utilisation des isolants de Mott à faible gap dans des mémoires non volatiles de type RRAM ou MEMRISTOR », en copropriété CNRS/Université de Nantes, déposé le 10/04/2012 ;
  • Brevet FR3020487, « Neurone artificiel mono-composant à base d’isoants de Mott, réseau de neurones artificiels et procédé de fabrication correspondants », en copropriété CNRS/Université de Nantes, déposé le 28/04/2014 ;
  • Brevet FR0701819, « Utilisation de spinelles lacunaires à clusters tétraédriques d’élément de transition du type AM4X8 dans une mémoire non volatile de données électroniques, et matériaux correspondants », en propriété Université de Nantes, déposé le 14/03/2017.

5 Ce dispositif a été réalisé durant la thèse de C. Adda financée dans le cadre du pari scientifique « Neuro-Mott » de la région Pays de la Loire.

Contact :

Laurent Cario / Institut des matériaux Jean Rouxel / laurent.cario@cnrs-imn.fr