Molecular Memory with Phase Change Coordination Polymers for future PCRAM – MEMOL

Chaque jour, nous créons 2,5 quintillions (2,5 E30) octets de données, si bien que 90% des données dans le monde aujourd'hui a été créé au cours des deux dernières années seulement. La découverte d'une mémoire universelle qui présente une vitesse rapide d'accès, de stockage à haute densité, et ce pour une durée infinie, a stimulé la recherche sur les matériaux à changement de phase (PCM) au cours de cette dernière décennie. La mémoire PCRAM (Phase-Change Random Access Memory) est actuellement la plus mature des nouvelles technologies de mémoire. Les chalcogénures, tel que Ge2Sb2Te5 et ses dérivés, sont présentés comme les candidats adéquats. Cependant, ces matériaux inorganiques ont trois inconvénients inhérents:
1. Une température élevée est nécessaire pour le changement de phase ce qui tend à augmenter la consommation d'énergie.
2. La taille du domaine du changement de phase est encore trop importante.
3. En raison de la friabilité des solides inorganiques, la fabrication de dispositifs est limitée.
D’après ces observations, il y a donc une nécessité de trouver une alternative aux chalcogénures et de développer de nouveaux matériaux à changement de phase plus efficaces pour être utiliser comme des mémoires PCRAM. Ainsi, la technologie moléculaire peut aider, en ciblant des molécules intelligentes, à surmonter les limites des solides inorganiques.
Nous proposons dans ce projet d’utiliser des polymères de coordination à changement de phase (PCCP) comme une alternative aux chalcogénures. Les polymères de coordination (PCs) sont des matériaux cristallins dont les molécules organiques sont organisées au travers de liaisons de coordination. Les principales raisons pour lesquelles nous considérons que les PCs sont des matériaux révolutionnaires pour l’avenir des mémoires PCRAM, sont les suivantes:
1 Certains PCs montrent des transitions d’amorphe à cristallin rapides et réversibles sous l’action de la chaleur ou de la lumière. Cela vient d'être découvert par certains d'entre nous en 2015.
2 Le contrôle de la transition de phase (température, domaine et nombre de transitions) peut être régulé par le choix de la molécule organique et permet de réduire la consommation d'énergie.
3 Les PCs sont modulables et flexibles et permettent de préparer une grande variété de dispositifs. Ceci les distingue des matériaux inorganiques conventionnels.
L’objectif est donc de concevoir des molécules organiques fonctionnelles pour former des PCs multifonctionnels et contrôler le changement de phase.
Cette recherche utilise une boîte à outils complète de la technologie moléculaire, qui comprend:
1. La conception et la synthèse de nouvelles molécules organiques fonctionnelles qui donneront accès à de nouveaux PCs à changement de phase multifonctionnels.
2. Le contrôle des changements de phases des PCs d’amorphe à cristallin, et leur réversibilité, sera modulé par des stimuli physiques.
3. Le contrôle électronique de l'état des nouveaux PCs amorphes et cristallins sera étudié, notamment la photoluminescence et la conductivité.
4. La mise en forme de PCs à changement de phase sera entreprise pour les évaluer dans des dispositifs de stockage de mémoire.
Ce projet regroupe 6 partenaires en France et au Japon, dont les expertises sont complémentaires et reparties de manière équitable. En utilisant la technologie moléculaire et la conception de molécules organiques fonctionnelles, nous avons l'intention de créer de nouveaux matériaux hybrides à fort potentiel pour les mémoires PCRAM. En outre, pour démontrer la faisabilité de PCRAM des films minces de PCCPs seront élaborés. Sur la base de la grande richesse de ces matériaux hybrides et la grande diversité des combinaisons de molécules organiques et de métaux, une nouvelle génération de mémoires non-volatiles sera développée et pourrait dépasser les capacités des chalcogénures en terme de vitesse, de puissance, de densité, de conservation des données, de mise en forme et de cyclabilité.