Une découverte réalisée par une équipe internationale de scientifiques a révélé des comportements de commutation ferroélectriques et résistifs à température ambiante dans des nanofils de tellure (Te) à élément unique, ouvrant la voie à des progrès dans le stockage de données à ultra haute densité et dans l’informatique neuromorphique.
Publié dans Communications naturellescette recherche marque le première preuve expérimentale de ferroélectricité dans les nanofils de Te, un matériau à élément unique, qui n’était auparavant prévu que dans des modèles théoriques.
« Les matériaux ferroélectriques sont des substances capables de stocker une charge électrique et de la conserver même lorsque l’alimentation est coupée, et leur charge peut être commutée en appliquant un champ électrique externe, une caractéristique essentielle pour les applications de mémoire non volatile », souligne le co-correspondant. auteur de l’article, professeur Yong P. Chen, chercheur principal à l’Institut avancé de recherche sur les matériaux (AIMR) de l’Université de Tohoku et professeur aux universités Purdue et Aarhus.
Bien que la ferroélectricité soit courante dans les composés, les matériaux à élément unique comme le Te présentent rarement ce comportement en raison de leurs structures atomiques symétriques.
Cependant, Chen et ses collègues ont démontré que les nanofils de Te présentent des propriétés ferroélectriques robustes à température ambiante, grâce au déplacement atomique unique au sein de leur structure de chaîne unidimensionnelle. La découverte a été faite en utilisant la microscopie à force de réponse piézoélectrique (PFM) et la microscopie électronique à transmission à balayage haute résolution.
S’appuyant sur cette découverte, l’équipe a développé un nouveau dispositif, un transistor à effet de champ ferroélectrique auto-déclenché (SF-FET), qui intègre à la fois les propriétés ferroélectriques et semi-conductrices dans un seul dispositif. Le SF-FET démontre une rétention de données exceptionnelle, des vitesses de commutation rapides inférieures à 20 nanosecondes et une densité de stockage impressionnante dépassant 1,9 téraoctets par centimètre carré.
« Notre percée ouvre de nouvelles opportunités pour les dispositifs de mémoire de nouvelle génération, dans lesquels la grande mobilité et les propriétés électroniques uniques des nanofils Te pourraient contribuer à simplifier les architectures des dispositifs », déclare Yaping Qi, professeur adjoint à l’AIMR et co-premier auteur de l’étude.
« Notre dispositif SF-FET pourrait également jouer un rôle crucial dans les futurs systèmes d’intelligence artificielle, en permettant un calcul neuromorphique qui imite le fonctionnement du cerveau humain. De plus, les résultats peuvent contribuer à réduire la consommation d’énergie des appareils électroniques, répondant ainsi au besoin d’une technologie durable. »
Actuellement, l’équipe de l’AIMR, composée de Qi et Chen, explore de nouveaux matériaux ferroélectriques 2D à l’aide de techniques d’intelligence artificielle (IA), en collaboration avec le groupe du professeur Hao Li. Cela pourrait conduire à la découverte de davantage de matériaux dotés de propriétés ferroélectriques prometteuses ou à d’autres applications au-delà du stockage en mémoire, comme l’informatique neuromorphique.
Plus d’informations :
Jinlei Zhang et al, Comportements de commutation ferroélectriques, piézoélectriques et résistifs à température ambiante des nanofils de Te à un seul élément, Communications naturelles (2024). DOI : 10.1038/s41467-024-52062-6