Des chercheurs du CNRS ont démontré la possibilité d'écrire et d'effacer des informations dans un matériau moléculaire en utilisant la lumière d'un laser à température ambiante. Jusqu'à présent, cette opération n'avait été réalisée qu'à basse température. Cette découverte permet d'envisager le développement de mémoires d'ordinateur moléculaires à commande optique, à la fois rapides et fiables.
Aujourd'hui, l'électronique moléculaire apparaît comme l'électronique du futur. Par rapport aux circuits intégrés sur silicium, les molécules présentent l'avantage d'être plus petites. Alors que les composants actuels mesurent au moins 70 nanomètres (2), l'utilisation des matériaux moléculaires permettra de descendre jusqu'à 30 nanomètres, voire plus bas, donc d'en mettre un plus grand nombre par unité de surface et de gagner ainsi en rapidité ou en densité de stockage, dans le cas des mémoires d'ordinateur. En outre, l'électronique moléculaire utilise de faibles courants, ce qui autorisera un gain énergétique par rapport à la consommation électrique des circuits intégrés sur silicium.
C'est dans ce contexte que les chercheurs de l'équipe Propriétés physiques moléculaires du Laboratoire de chimie de coordination, en collaboration avec une équipe espagnole et une équipe irlandaise, ont travaillé sur les propriétés physiques des matériaux pour l'électronique moléculaire. Ils viennent de mettre en évidence un phénomène encore jamais observé jusqu'ici : à 20°C, un composé passe de son état « bas spin » à son état « haut spin », par éclairement avec un laser vert pulsé. L'état « bas spin » et l'état « haut spin » sont deux états électroniques qui permettent d'écrire dans le matériau l'information codée sous forme binaire (sous forme de 0 et de 1, l'état bas spin correspondant au 0 et l'état haut spin correspondant au 1). L'énergie de l'état bas spin est proche de celle de l'état haut spin, autorisant une transition réversible entre les deux, grâce à laquelle il est possible d'écrire ou d'effacer l'information.
Pour commander la transition, les chercheurs ont utilisé un laser vert (la couleur de la lumière du laser a été choisie d'après l'étude du spectre d'absorption optique de la molécule), dont la durée d'impulsion est de huit nanosecondes. Cette caractéristique permet d'envisager une électronique moléculaire à commande optique, et non plus électrique. Outre les avantages déjà mentionnés de l'électronique moléculaire, ce résultat pourrait se traduire par un gain en temps (l'excitation d'écriture ou d'effacement de l'information ne prend que 8 nanosecondes) et en fiabilité (les composants à commande optique étant « infatigables »). L'obtention de la transition à température ambiante constitue une barrière de moins pour passer au stade des applications. Après un premier brevet international de conception de mémoires moléculaires à base de matériaux à transition de spin, déposé en 2004, c'est aujourd'hui une nouvelle étape qui est franchie avec la possibilité d'un stockage moléculaire par voie optique (lecture et écriture).
Enfin, il faut souligner que l'une des molécules étudiées dans le cadre de ces recherches pourrait servir de support à une électronique à trois bits qui constitue une nouvelle logique aux immenses perspectives d'applications.
