Dans un domaine de recherche jugé prioritaire par l'Allemagne, à la croisée des neurosciences et de l'électronique, des chercheurs de l'université d'Aix-la-Chapelle ont mis au point des nano-commutateurs qui fonctionneraient à l'image des cellules nerveuses. En effet, si l'évolution rapide de la micro-nanoélectronique et des applications qu'elle permet (smartphones, capteurs, etc.) influence fortement nos vies, la miniaturisation continue des semi-conducteurs classiques est en voie d'atteindre ses limites physiques. Les anomalies structurelles engendrées affectent surtout la qualité et la fiabilité des composants. L'objectif serait donc de les utiliser plutôt que de tenter de les contrôler.
D'autre part, la recherche actuelle montre ainsi que de tels défauts inhérents à l'échelle des nanostructures pourraient être transformés via certains chalcogénures en unités fonctionnelles. Les chalcogénures sont des composés chimiques comprenant un élément chalcogène (oxygène, soufre, sélénium, ou tellure), éléments dont la couche externe présente un déficit de deux électrons, et qui permettent de modifier une tension en appliquant une résistance naturelle. Ce phénomène est appelé "mémorésistant" ("memristive" en anglais). Les chalcogénures mémorésistants sont devenus ces dernières années un haut sujet de recherche internationale, afin d'appliquer leurs caractéristiques de modulation électronique dans les appareils électroniques.
Cette approche scientifique sera encouragée pendant les quatre prochaines années par l'Agence allemande de la recherche (DFG) grâce à l'octroi d'un financement pour le programme "chalcogénures mémorésistants comme interrupteurs modulaires de l'électronique du futur". Ce programme consiste en un réseau interdisciplinaire de scientifiques et d'ingénieurs de l'Université d'Aix-la-Chapelle (RWTH - Rhénanie du Nord-Westphalie) et du Centre de recherche voisin de Jülich, qui étudient ces chalcogènes afin de produire des nano-interrupteurs artificiels dotés d'au moins trois mécanismes de commutation variables, sortant du paradigme binaire 0 et 1. Cela pourrait non seulement révolutionner le stockage numérique, mais également être utilisé dans la conception de nouveaux processeurs pour le calcul. A long terme, ces cellules mémorésistantes permettront d'imiter voire de soigner les circuits neuronaux issus des cellules nerveuses du corps humain. Cela est dû à leur caractéristique unique d'être en mesure de stocker non seulement les valeurs de résistance des états ON et OFF (1 / 0), mais aussi d'être programmées pour toutes les valeurs intermédiaires.
Ces recherches ouvrent la voie à une approche totalement nouvelle dans la mise en oeuvre de réseaux de neurones artificiels, où les caractéristiques géométriques et l'efficacité énergétique pourraient approcher au plus près le modèle biologique, voire le dépasser.
"Les résultats de la recherche dans les nouveaux interrupteurs variables opèrent un changement de paradigme dans l'électronique des semi-conducteurs et ouvrent une voie de recherche à partir des "défauts" des matériaux", a déclaré Wuttig Matthias, directeur de ce programme de recherche.
