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    Des chercheurs russes théorisent le fonctionnement mémoriel des ordinateurs ultrarapides

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    Les chercheurs de l'Université nationale de science et de technologie MISiS Sergueï Brazovski et Piotr Karpov ont théorisé la formation d'un état caché dans l'un des matériaux les plus prometteurs pour la microélectronique contemporaine: le disulfure de tantale stratifié. Leur étude a été publiée dans la revue Scientific Reports.

    L'état caché de la substance dont il est question a été découvert par Sergueï Brazovski (actuellement chercheur en chef du projet «La théorie des états électroniques localement réglables dans les matériaux stratifiés», MISiS) en 2014 avec des confrères slovènes. Dans le cadre de l'expérience, après laquelle a commencé un boom de l'étude des matériaux stratifiés, un échantillon de disulfure de tantale d'une taille inférieure à 100 nanomètres a été soumis à des impulsions laser ou électriques très brèves.

    A cause de ces impulsions dans la région exposée, l'état du matériau a changé: de diélectrique il est devenu conducteur (ou inversement, selon la volonté des expérimentateurs). Sachant que l'inversion se produisait en l'espace d'une picoseconde — bien plus vite que dans les matériaux les plus «rapides» qui constituent les supports de la mémoire des ordinateurs contemporains. De plus, l'état ne disparaissait pas après l'impact et se maintenait. Par conséquent, le matériau est devenu un candidat potentiel au rôle de base dans les supports d'information de nouvelle génération.

    Le fond de l'étude a été expliqué par l'un de ses coauteurs, l'ingénieur de la de la chaire de physique théorique et des technologies quantiques de la MISiS Piotr Karpov: «Quand nos collègues slovènes ont découvert l'état caché de la substance impossible à obtenir dans les transferts de phase ordinaires (thermodynamiques), de nombreux articles sont parus dans différents magazines. Toutefois la plupart de ces travaux étaient expérimentaux, alors que la théorie était en retard. Autrement dit, plusieurs laboratoires avaient réussi à obtenir cet état, mais on ignorait pourquoi on l'obtenait, quels étaient les mécanismes de sa formation et sa nature. Pourquoi, après l'excitation, le système ne revient pas dans son état initial et continue de rester sous sa forme modifiée sans limite de temps? Dans cet article, nous avons tenté de trouver une explication théorique à ces processus.»

    Piotr Karpov
    © Photo. MISiS
    L'ingénieur de la de la chaire de physique théorique et des technologies quantiques de la MISiS Piotr Karpov

    Le travail des chercheurs de la MISiS consistait à construire un modèle théorique universel qui pourrait décrire la propriété la plus importante des nouveaux états: la formation et la transformation de la mosaïque nanostructurelle.

    Après le traitement par impulsions électriques dans l'échantillon de disulfure de tantale stratifié, une partie des atomes de métal sort de la grille, ce qui engendre des défauts — des lacunes chargées du cristal électronique. Mais au lieu de se distancer au maximum l'une de l'autre, les charges sont éparpillées sur les chaînes linéaires d'atomes de tantale formant des limites de zones avec un état différent des atomes de tantale — des domaines, après quoi ces chaînes sont reliées dans une sorte de réseau global. Ce sont les manipulations de ce nanoréseau qui sont responsables des effets d'inversion et de mémoire.

    «Nous avons tenté de découvrir pourquoi les charges identiques, dans cette structure, ne se repoussaient pas mais s'attiraient. Il s'est avéré que ce processus était énergétiquement plus favorable que l'éloignement maximal des charges positives l'une de l'autre, parce qu'en cas de formation de parois de domaine fragmentairement chargées, la charge est minimisée sur chaque atome composant la paroi, après quoi le système de domaine devient plus stable, ce qui a été entièrement confirmé par l'expérience. Et tout le cristal peut être transformé en cet état avec une mosaïque de domaines et des globules qui les séparent des parois», explique Piotr Karpov.

    Selon les scientifiques, grâce à la théorie élaborée on peut affirmer que l'état de domaine du disulfure de tantale peut être effectivement utilisé pour un stockage à long terme et un travail ultrarapide avec l'information.

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    Tags:
    chercheurs, informatique, Université nationale de technologie et de recherche (MISIS), Russie
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