Pour des mémoires numériques plus petites et plus économes

Fabriquer des mémoires numériques encore plus petites, et qui consomment encore moins d'énergie pour l'électronique nomade ? Une équipe de chercheurs du CNRS et du CEA vient d'en démontrer la faisabilité, grâce à une nouvelle classe de matériaux dit multiferroïques, alliant des propriétés électriques et magnétiques inhabituelles.


A l'échelle microscopique, atomes et molécules produisent des champs électriques et magnétiques. A notre échelle, dans la majorité des cristaux, les propriétés électriques et magnétiques des divers atomes se compensent et s'annulent mutuellement. Parfois ce n'est pas le cas, et pour certains composés, dits ferromagnétiques, les propriétés magnétiques subsistent à l'échelle macroscopique: ils peuvent ainsi servir d'aimant. Plus rarement, dans le cas des composés dits ferroélectriques, un ordre électrique existe à l'échelle macroscopique. Encore plus rarement, ordre électrique et magnétique subsistent de concert: c'est le cas des matériaux multiferroïques. De surcroît, dans ces matériaux, ordres électriques et magnétiques interagissent. Une telle interaction offre l'opportunité de contrôler les spins (les moments magnétiques des atomes) via un champ électrique, ce qui représente un enjeu considérable notamment pour le stockage de l'information.

Les chercheurs du Laboratoire de physique des solides (CNRS/Université Paris-Sud 11), de l'Institut rayonnement-matière de Saclay (CEA Iramis) et de l'Institut Néel (CNRS) ont travaillé sur le composé multiferroïque BiFeO3, qu'ils ont synthétisé. Ils ont mis en évidence l'interaction entre ordre électrique et magnétique, puis ont fabriqué un matériau fait d'une couche de BiFeO3 et d'un film ferromagnétique. Ils ont montré qu'en appliquant un champ électrique, ils pouvaient modifier l'orientation préférentielle de l'aimantation du film ferromagnétique. Ces résultats pionniers valident le concept du stockage de données magnétiques et de leur écriture au moyen d'un champ électrique.

Dans les disques durs actuels, les données – ou bits – sont écrites grâce à un champ magnétique qui oriente l'aimantation, laquelle impose la valeur du bit. Il y a deux états d'aimantation possibles donc deux valeurs du bit possibles (appelés 0 ou 1). Avec un matériau multiferroïque, chaque élément de mémoire pourrait être placé dans quatre états distincts au lieu de deux (deux états de polarisation électrique et deux états d'aimantation). On pourrait également envisager des mémoires magnétiques à deux états (comme les mémoires actuelles), mais modifiables par l'application d'un champ électrique. Cette possibilité d'écrire et d'effacer les données grâce à un champ électrique constitue un avantage décisif pour l'électronique nomade (téléphones portables, ordinateurs portables, GPS, etc.), à deux points de vue. D'une part, l'application d'un champ électrique nécessite moins d'énergie que celle d'un champ magnétique, donc les batteries dureraient plus longtemps. D'autre part, le champ électrique serait plus local, ce qui permettrait de placer plus d'éléments de mémoire sur une surface donnée et ainsi de pousser d'avantage la miniaturisation des composants.