Cette nouvelle mémoire flash 2D stocke un bit d’information avec un seul électron

Envoyer un message, publier du contenu sur les réseaux ou simplement prendre une photo mobilise en permanence d’innombrables électrons au sein des appareils électroniques.

Derrière ces opérations du quotidien devenues banales se cache notamment un enjeu important : stocker toujours plus d’informations, toujours plus rapidement et en consommant le moins d’énergie possible.

Un seul électron pour stocker un bit d’information

L’une des pistes consiste à réduire toujours davantage la quantité de charge électrique nécessaire pour stocker chaque bit d’information. Des chercheurs de l’université Fudan, en Chine, viennent justement de franchir une étape importante dans cette direction.

Ils ont présenté une nouvelle mémoire flash bidimensionnelle capable de stocker un bit d’information à l’aide d’un seul électron, et ce, à température ambiante. Ce dispositif a été baptisé « Guiyi », une expression que l’on pourrait traduire par « retour à l’unité ».

Ce nom fait directement référence au principe sur lequel repose cette mémoire : un seul électron constitue la quantité minimale théorique nécessaire pour stocker un bit d’information.

Atteindre cette limite représente un objectif particulièrement intéressant pour l’industrie des semi-conducteurs. En réduisant au minimum la quantité de charge électrique mobilisée pour chaque bit, il devient théoriquement possible de diminuer la consommation énergétique des mémoires tout en augmentant leur densité de stockage.

Comme le dit Chunsen Liu, coauteur de l'étude, « la capacité de stocker un bit d'information en modifiant l'état d'un seul électron réduira considérablement la consommation d'énergie et ouvrira la voie à des capacités de stockage bien plus importantes. »

Le graphène, la clé de cette mémoire à un seul électron

L’idée d’utiliser un seul électron pour stocker de l’information n’est pas nouvelle. Des expériences menées dès la fin des années 1990 s’étaient toutefois heurtées à un problème majeur : le signal électrique produit par le piégeage d’un électron était trop faible pour être détecté facilement.

Pour contourner cette difficulté, l’équipe de l’université Fudan a notamment intégré une couche de graphène à son dispositif. Celle-ci est placée avant la grille flottante chargée de piéger les électrons.

L’avantage du graphène est qu’il offre une très faible résistance au déplacement des électrons. Ces derniers peuvent ainsi se déplacer rapidement et avec très peu de pertes d’énergie. Ils peuvent atteindre la grille flottante du dispositif où ils restent piégés afin de conserver l’information.

Des performances prometteuses, mais encore expérimentales

Cette architecture permet surtout de produire un signal électrique suffisamment important pour être détecté. Le piégeage d’un seul électron génère effectivement un signal de 0,5 volt, environ dix fois plus intense que lors des précédentes tentatives.

Au-delà de la réduction de la consommation énergétique, cette technologie pourrait également accélérer les échanges de données entre les unités de stockage et de calcul. Un avantage d’autant plus important avec l’essor de l’intelligence artificielle qui nécessite de manipuler d’importantes quantités de données.

Néanmoins, le dispositif Guiyi reste pour le moment une preuve de concept. Le principal défi sera désormais de parvenir à produire et intégrer cette technologie de manière fiable et économique à grande échelle avant d’envisager son utilisation commerciale.

Source : Science