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Record : 10 Go sur un centimètre carré !

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Avec deux cents molécules seulement pour enregistrer un bit d'information, une équipe américaine a atteint un record de densité phénoménal : 1011 bits par centimètre carré. Soit trois ou quatre films en DivX sur un timbre poste.

J. Fraser Stoddart, directeur du California NanoSystems Institute (CNSI) nous promet pour 2020 une mémoire dans laquelle l'information n'est pas stockée dans un transistor (comme dans une mémoire vive actuelle) ni dans une zone magnétisée (comme sur un disque dur) mais dans quelques molécules. Elle serait des dizaines de fois plus dense que les mémoires actuelles et serait permanente, conservant ses données en l'absence de courant (comme la mémoire Flash et les disques durs).

Le prototype existe. Il vient d'être réalisé au CalTech, à l'UCLA (université californienne de Los Angeles). Sa capacité est modeste - 160 000 bits, soit 20 000 octets - mais sa taille est minuscule. Chaque bit est codé sur une surface de 300 nanomètres carrés, soit 40 fois moins que dans les circuits actuels.

L'information est contenue dans de curieuses molécules organiques, appelées rotaxanes à cause de leur forme particulière. Entre deux faisceaux de 400 nanofibres parallèles se croisant l'un au-dessus de l'autre à 90 °, environ deux cents d'entre elles sont confinées à chaque intersection de deux nanofibres. On crée ainsi 160 000 (400 x 400) cellules mémoires destinées à recevoir un bit chacune.

Haltères et Go

Imaginez une haltère portant sur sa barre un anneau libre de glisser mais trop gros pour sortir par une extrémité : voilà une rotaxane. Depuis 25 ans, Fraser Stoddart s'est fait une spécialité de la réalisation de tels assemblages moléculaires. Sur celles de ce prototype, il a disposé deux sites de fixation de l'anneau de chaque côté de la barre. Selon qu'il se trouve sur l'un ou sur l'autre, la conductivité de cette molécule varie. De plus, un courant électrique fait déplacer l'anneau d'un site à l'autre.

Deux faisceaux de fibres minuscule se croisent. A chacune de leur intersection se trouvent environ deux cents molécules pouvant exister sous deux états, passant de l'un à l'autre sous une certaine différence de potentiel (à gauche, vue éclatée du circuit). Ces molécules, appelées rotaxanes (à droite, très schématiquement), comportent un élément légèrement mobile (en bleu), pouvant s'installer sur deux sites (rouge et vert). Crédit : J. Fraser Stoddart Supramolecular Chemistry Group, UCLA

En envoyant du courant dans une nanofibre de chaque faisceau, on peut ainsi modifier la structure du groupe de rotaxanes situées à leur croisement. Une fois le petit anneau installé su un site, il y reste, même en l'absence de courant : cette mémoire est permanente, à la différence des mémoires vives (Ram) des ordinateurs. La lecture s'effectue à l'aide d'un courant faible pour mesurer la résistance des molécules de la jonction. Voilà donc de quoi écrire, mémoriser et lire un bit d'information (0 ou 1).

Fraser Stoddart estime qu'il faudra 13 ans pour passer au stade industriel. Rendez-vous, donc, en 2020 pour des clés USB de quelques dizaines de gigaoctets.

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