​Imaginez un verre isolant qui sous l'effet d'un champ électrique deviendrait aussi conducteur qu'un métal… Cela existe ! C'est le phénomène de la commutation Ovonique ou OTS (pour Ovonic Threshold Switching), qui se produit dans certains verres de la famille des chalcogénures. Observé pour la première fois il y a une cinquantaine d'années par S. R. Ovshinsky, ce phénomène a été largement exploité dans l'enregistrement optique avec les mémoires à changement de phase (DVD-RAM et CD-RW entre autres). Plus récemment, ce mécanisme a été à l'origine du développement de mémoires résistives aux performances exceptionnelles, alliant la rapidité des mémoires volatiles à la non volatilité des mémoires Flash et autres disques durs. Il n'avait, pour autant, jamais été expliqué. Jusqu'à ce qu'une équipe du CEA-Leti perce le mystère…

En combinant la description très poussée de la structure atomique et des propriétés de ces verres OTS via des mesures électriques et optiques, de spectroscopie d'absorption des rayons X au synchrotron Européen à Grenoble avec une méthode originale de simulation par dynamique moléculaire ab initio à l'état de l'art des méthodes de calcul moderne, les chercheurs, en collaboration avec l'université de Liège (Belgique), ont réussi à expliquer ce qui se passe au niveau atomique. Ainsi, la commutation Ovonique serait liée à de subtils réarrangements dans la position des atomes sous l'effet du champ électrique.

De manière empirique et grâce à de gros moyens de développement, des industriels comme Intel avaient déjà réussi à tirer parti de cette propriété pour mettre au point des mémoires aux propriétés exceptionnelles. Ces travaux, publiés dans la prestigieuse revue Science Advances*, ouvrent des perspectives pour concevoir de nouveaux matériaux aux propriétés encore décuplées, grâce à l'établissement de règles de conception à l'échelle atomique. Cette technologie est aussi particulièrement attrayante pour le développement de futures applications « neuromorphiques » dans le domaine de l'intelligence artificielle, dans lesquelles des réseaux de neurones constitués de mémoires nanométriques interconnectées permettraient de traiter l'information en reproduisant le fonctionnement des neurones du cerveau humain.

Contact : pierre.noe@cea.fr

* https://advances.sciencemag.org/content/6/9/eaay2830