Les mémoires non volatiles, capables de conserver des informations même lorsque l’alimentation est coupée, sont largement utilisées dans les ordinateurs, les tablettes, les clés USB et de nombreux autres appareils électroniques. Parmi les différentes technologies existantes, les mémoires magnétorésistives à accès aléatoire (MRAM), actuellement utilisées uniquement dans des applications spécifiques, devraient se développer considérablement sur le marché dans la décennie à venir.
Les nouvelles MRAM basées sur des mécanismes spintroniques, c’est-à-dire des phénomènes liés au spin, qui est une propriété intrinsèque des électrons et d’autres particules, peuvent offrir des opérations plus rapides, une consommation d’énergie réduite et un temps de rétention long, avec des applications potentielles dans les dispositifs portables, l’industrie automobile, et l’Internet des objets, entre autres.
Dans ce contexte, le graphène et d’autres matériaux 2D, qui sont aussi minces qu’une ou très peu de couches atomiques, peuvent jouer un rôle perturbateur. En fait, leurs caractéristiques particulières et remarquables peuvent fournir des solutions aux défis technologiques actuels et aux limitations de performances qui empêchent un déploiement efficace des MRAM ; par conséquent, ils peuvent avoir un fort impact sur la conception des dispositifs spintroniques de prochaine génération.
L’amélioration attendue et les nouvelles opportunités qui peuvent découler de l’introduction de matériaux 2D dans les technologies de mémoire à base de spin sont présentées dans un article de perspective, publié la semaine dernière dans La nature. Ce travail, mené par l’Institut catalan de nanosciences et de nanotechnologies (ICN2) sur le campus de l’Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) et l’Université nationale de Singapour, donne un aperçu de l’état de l’art du domaine et des défis actuels rencontrées dans le développement des mémoires non volatiles en général, et plus particulièrement de celles utilisant des mécanismes spintroniques tels que le couple de transfert de spin (STT) et le couple spin-orbite (SOT). Les auteurs discutent des avantages qu’introduit la co-intégration des matériaux 2D dans ces technologies, donnant un panorama des améliorations déjà réalisées ainsi qu’une perspective des nombreuses avancées que des recherches futures peuvent produire. Une chronologie possible des progrès au cours de la prochaine décennie est également tracée.
« Comme discuté en détail dans l’article », commente le professeur de l’ICREA Stephan Roche, chef de groupe à l’ICN2 et responsable du groupe de travail phare sur le graphène dédié à la spintronique, « les propriétés fondamentales des matériaux 2D telles que les interfaces atomiquement lisses, le mélange réduit des matériaux, le cristal Les symétries et les effets de proximité sont les moteurs d’éventuelles améliorations perturbatrices pour les MRAM à base de spin. Celles-ci émergent comme des technologies clés habilitantes à faible consommation d’énergie et devraient se répandre sur de vastes marchés, des mémoires embarquées à l’Internet des objets.
Cette recherche a été coordonnée par les chefs de groupe ICN2 et les professeurs de l’ICREA, le professeur Stephan Roche et le professeur Sergio O. Valenzuela, et par le professeur Hyunsoo Yang de l’Université nationale de Singapour. Il a été réalisé par une collaboration de divers membres du consortium du projet Graphene Flagship, dont divers instituts du Centre national de la recherche scientifique (CNRS, France), Imec (Belgique), Thales Research and Technology (France) et le Commission de l’énergie atomique (CEA), ainsi que des industries clés telles que Samsung Electronics (Corée du Sud) et Global Foundries (Singapour), qui apportent la vision de l’intégration future du marché.
« Il est impressionnant d’observer les résultats scientifiques obtenus par le lot de travaux spintronique et les activités technologiques menées dans l’environnement Imec, en collaboration avec des PME (Singulus Technologies, GRAPHENEA), qui ouvrent la voie à un impact futur sur les applications du marché », déclare le professeur Jari Kinaret, Directeur du Graphene Flagship. « Il reste encore des défis à relever pour déployer pleinement le potentiel des matériaux 2D dans des applications réelles, mais les avantages industriels et économiques attendus sont très élevés. »
« Les efforts de financement déployés par la Commission européenne pour soutenir les activités du Graphene Flagship pourraient positionner l’Europe à la tête des technologies innovantes de spintronique dans une décennie », ajoute le professeur Andrea Ferrari, responsable des sciences et technologies du Graphene Flagship.
Hyunsoo Yang et al, Perspectives des matériaux bidimensionnels pour les mémoires spintroniques non volatiles, La nature (2022). DOI : 10.1038/s41586-022-04768-0