Nano Lube pourrait rendre possible la mémoire ultra-dense

Les chercheurs ont aidé à ouvrir la voie aux puces mémoire qui sont 10 à 100 fois plus denses que les appareils d'aujourd'hui, en développant un moyen de réduire les frictions à l'échelle nanométrique. La méthode pourrait avoir des implications de grande envergure pour les systèmes micro- et nano-électromécaniques (MEMS et NEMS), qui sont utilisés pour le stockage et d'autres applications dans les communications et l'informatique.

Cette figure montre la réduction spectaculaire du frottement qui se produit lorsqu'une pointe de microscope à force atomique vibre lorsqu'elle se déplace sur une surface. Réduire la friction pourrait aider à créer des dispositifs de mémoire très denses. (Avec l'aimable autorisation d'Anisoara Socoliuc, Université de Bâle.)

Les lubrifiants liquides ne fonctionnent pas à l'échelle nanométrique ; en conséquence, de minuscules dispositifs mécaniques peuvent s'user trop vite pour être pratiques. Aujourd'hui, des physiciens de l'Université de Bâle en Suisse ont mis au point une méthode de lubrification à sec qui utilise de minuscules vibrations pour empêcher l'usure des pièces.

La méthode, décrite dans le présent numéro de La science , pourrait être particulièrement utile pour une nouvelle classe de dispositifs de mémoire, mise au point par IBM avec sa technologie Millipede, qui utilise des milliers de pointes de microscope à force atomique pour écrire physiquement des bits sur une surface en faisant des divots dans un substrat polymère et en les lisant plus tard. Le nano lubrifiant pourrait également trouver des utilisations avec de minuscules miroirs rotatifs qui pourraient servir de routeurs optiques dans les communications et les commutateurs mécaniques, remplaçant les transistors dans les processeurs informatiques, réduisant ainsi la consommation d'énergie.

Les dispositifs basés sur NEMS et MEMS sont parmi les nouvelles nanotechnologies les plus prometteuses. Pourtant, la commercialisation d'applications telles que Millipede - qui pourrait stocker bien plus de 25 DVD dans une zone de la taille d'un timbre-poste - a été retardée en partie par l'usure causée par le frottement. En effet, la friction est un problème particulier dans les micro- ou nanodispositifs, où les contacts entre les surfaces sont de minuscules points qui peuvent faire beaucoup de dégâts.

Pour en venir aux dispositifs à l'échelle nanométrique, cette zone de contact devient de plus en plus petite, de sorte que vous avez moins de surface où vous pouvez dissiper la chaleur, explique Anisoara Socoliuc, physicienne à l'Université de Bâle et co-auteur de l'ouvrage La science article. Cela conduit à l'usure. Il est très facile de casser ou d'endommager le matériau à cette petite échelle.

Dans leurs expériences, les chercheurs suisses ont déplacé une pointe de microscope à force atomique en silicium sur un matériau d'essai composé de chlorure de sodium ou de bromure de potassium. Normalement, la pointe ultra-pointue se déplacerait de manière collante et glissante, car la friction s'accumule à plusieurs reprises jusqu'à ce que la pointe se libère soudainement. (Le même mécanisme physique explique le grincement des charnières de porte.) Les chercheurs ont résolu le problème des pointes collantes en faisant osciller les pointes en utilisant des tensions changeantes. Les vibrations, qui sont si faibles que la pointe reste en contact permanent avec le matériau, empêchent l'énergie de s'accumuler et d'être soudainement libérée. En conséquence, le frottement diminue 100 fois.

Plusieurs autres méthodes de nano-lubrification ont été essayées, notamment en ralentissant le mouvement des pièces mécaniques à un rythme effréné ; mais ceux-ci ont été peu pratiques - de nombreux appareils, par exemple, doivent se déplacer à des vitesses relativement élevées. Dans une étude antérieure, les auteurs du travail actuel ont également montré qu'une diminution prudente de la quantité de pression entre deux surfaces pouvait diminuer la friction ; mais cela s'est avéré difficile à contrôler.

La nouvelle méthode, qui promet d'être beaucoup plus pratique, résout une partie clé des problèmes d'usure qui réduisent la fiabilité des puces mémoire de type mille-pattes, explique William King, professeur de génie mécanique à Georgia Tech, qui a travaillé sur le système Millipede d'IBM et est maintenant scientifique conseiller d'une start-up, Nanopuce , à Freemont, en Californie, qui développe une mémoire similaire basée sur des MEMS et des matrices de pointes de microscopie à force atomique. King note, cependant, que l'usure due à d'autres mécanismes, tels que les changements chimiques dans le matériau au fil du temps, reste un problème.

Robert Carpick, professeur d'ingénierie physique à l'Université du Wisconsin-Madison, note que des recherches supplémentaires doivent être effectuées avant que cette méthode puisse être utilisée dans les MEMS et NEMS réels, mais qu'il s'agit d'une étude importante. Quels appareils cela pourrait-il activer ? C'est à l'imagination, en fin de compte. Beaucoup reste à faire, mais c'est vraiment un résultat remarquable, dit-il.

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