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Au bon souvenir des synapses ferroélectriques

21 septembre 2012

CNRS/Thalès - UMR 137

Des physiciens viennent de développer un nouveau type de mémoire électronique dans laquelle l’information est stockée dans une fine couche de matériau ferroélectrique, analogue électrique des matériaux magnétiques.

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Pour faire face aux limites physiques de la miniaturisation des composants électroniques, la communauté scientifique travaille à développer des architectures de calcul et des composants radicalement nouveaux et plus performants que les dispositifs actuels. L’un des composants prometteurs est le memristor, une nano-résistance à effet mémoire. A l’instar d’une synapse du cerveau, un memristor voit ses propriétés changer selon son historique d’utilisation, ce qui permet l’apprentissage. Les memristors actuels consomment beaucoup d’énergie et s’échauffent considérablement. Des physiciens de l’Unité mixte de physique CNRS/Thales, en collaboration avec l’Université de Cambridge et Thales Research and Technology, viennent de réaliser un nouveau type de memristor plus facilement contrôlable, très rapide et consommant moins d’énergie que ses concurrents. Ce travail fait l’objet d’une publication dans la revue Nature Materials.

Conceptualisées dans les années 1970, les memristors « traditionnels » reposent sur le déplacement de quelques nanomètres d’ions ou d’atomes dans un matériau sous l’effet combiné d’une tension électrique et d’un échauffement local de plusieurs centaines de degrés dû au passage du courant. Ce déplacement de matière, qui se traduit par une variation de résistance électrique, est très énergivore car il est délicat de bien contrôler le volume échauffé et les modifications structurales ainsi générées. Les physiciens de l’Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, en collaboration avec l’Université de Cambridge et Thales Research and Technology, ont réalisé un nouveau type de memristor basé sur la transmission des électrons par effet tunnel à travers une fine couche d’un matériau ferroélectrique, c’est-à-dire un matériau présentant une polarisation électrique, analogue électrique de l’aimantation. Dans le dispositif réalisé, le courant électrique traversant la couche ferroélectrique varie d’un facteur 300 selon la direction de la polarisation. L’intérêt du dispositif est que la polarisation peut être renversée par l’application d’un champ électrique extérieur. Lorsque ce champ est faible, seules certaines zones, appelées domaines, voient leur polarisation se renverser. En contrôlant la fraction de domaines renversés entre 0 et 100%, on peut ainsi faire varier continûment la résistance électrique entre une valeur minimale et une valeur maximale 300 fois plus importante.

Comme les propriétés de ces domaines ferroélectriques ont été étudiées depuis plusieurs décennies, le comportement de ce nouveau memristor peut être décrit par des concepts physiques bien établis. Les chercheurs souhaitent désormais s’appuyer sur ces connaissances pour concevoir des memristors de réponses variées et les combiner avec des transistors au sein de circuits neuromorphiques.

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Evolution de la structure en domaines d’un memristor ferroélectrique, déterminant sa résistance.

En savoir plus

A ferroelectric memristor, André Chanthbouala1, Vincent Garcia1, Ryan O. Cherifi1, Karim Bouzehouane1, Stéphane Fusil1, 2, Xavier Moya3, Stéphane Xavier4, Hiroyuki Yamada1,5, Cyrile Deranlot1, Neil D. Mathur3, Manuel Bibes1, Agnès Barthélémy1 et Julie Grollier1, Nature Materials, 16 septembre 2012.

Contacts chercheur

Julie Grollier, chercheur
Manuel Bibes, chercheur

Informations complémentaires

1Unité Mixte de Physique CNRS/Thales, Palaiseau

2Université d’Evry-Val d’Essonne, Evry

3Department of Materials Science, University of Cambridge, Cambridge, UK

4Thales Research & Technology, Palaiseau (France)

5National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST), Tsukuba, Ibaraki, Japan

Contacts INP

Jean-Michel Courty,
Catherine Dematteis,
Karine Penalba,
inp-communication cnrs-dir.fr