Un moment marquant de la mission Artemis 2 de la semaine dernière a porté sur un morceau apparemment « manquant » de l’écorce thermique de la capsule Orion. Alors que la NASA a précisé qu’il ne s’était produit rien d’anormal, cela rappelle que, lors des missions vers des environnements extrêmes, la gestion de la chaleur est cruciale. Même sans astronautes, des températures et des pressions élevées à l’intérieur des engins spatiaux peuvent gravement endommager des composants essentiels — en particulier les puces mémoire qui contiennent des données précieuses sur le monde au-delà de la Terre.
Un nouveau prototype de puce mémoire, décrit dans un article récent de Science, pourrait offrir une solution pratique à ce problème. Selon l’équipe de recherche, le plan de la puce est un petit sandwich de matériaux extrêmes qui fonctionne de manière fiable même à des températures de 1 300 degrés Fahrenheit (environ 700 degrés Celsius) — et pourrait probablement fonctionner au-delà de ces températures, car ce chiffre ne représente que le maximum fourni par l’équipement d’essai.
« Vous pouvez l’appeler une révolution », a déclaré Joshua Yang, auteur principal de l’étude et professeur d’ingénierie à l’Université de Californie du Sud, dans un communiqué. « C’est la meilleure mémoire haute température jamais démontrée. »
La puce qui pourrait changer la donne
La puce est ce que l’on appelle un memristor, ou un dispositif électrique qui stocke des informations et effectue des opérations de calcul. Le composant est un tout petit « sandwich » de trois couches : tungstène en haut, oxyde d’hafnium sous forme céramique au milieu, et graphène en bas. Notamment, le tungstène possède le point de fusion le plus élevé de tous les métaux, à 6 192 degrés Fahrenheit (3 422 degrés Celsius), tandis que le graphène est une feuille plane de carbone d’un seul atome d’épaisseur.
Ces propriétés physiques uniques ont permis la création de la puce novatrice, qui a fonctionné sous seulement 1,5 volt pour traiter des données pendant plus de 50 heures à 1 300 degrés Fahrenheit, selon l’équipe. Pendant cette période, la puce a pris en charge plus d’un milliard de cycles de commutation sans nécessiter de modifications externes.
La raison pour laquelle les puces conventionnelles se court-circuitent sous forte température est que la chaleur pousse la couche supérieure du « sandwich » à adhérer à la couche inférieure. Cependant, la chimie des surfaces du graphène et du tungstène est presque comme l’huile et l’eau, a expliqué Yang. En résumé, il est physiquement difficile pour le dispositif de se court-circuiter.
Dans les investigations complémentaires, l’équipe a confirmé que cela se produisait bel et bien via la microscopie électronique et la spectroscopie, ce qui a donné aux chercheurs un regard au niveau atomique sur la manière dont les différentes couches interagissaient.
Des puces mémoire sur Vénus, et ailleurs
Yang avertit qu’il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant que ces puces robustes puissent apparaître dans des applications pratiques. Par exemple, un « ordinateur complet » nécessite des circuits logiques et d’autres composants électroniques qui permettent à la mémoire de fonctionner comme prévu, a-t-il expliqué dans le communiqué.
De plus, le prototype actuel, aussi impressionnant soit-il, a été fabriqué à la main dans un laboratoire — et non (pour l’instant) en tenant compte de la manière dont la technologie pourrait être mise à l’échelle. Mais l’équipe reste optimiste, car les matériaux individuels ne sont pas trop rares dans l’industrie des semi-conducteurs.
Dans tous les cas, disposer des plans ouvre la voie à des applications dans divers contextes. Notamment, cette puce pourrait probablement survivre aux températures extrêmes de Vénus, qui a en grande partie mis fin à chaque engin spatial osant pénétrer dans son atmosphère. De plus, la puce pourrait être utile dans des projets de forage profond ou dans des systèmes d’énergie nucléaire et de fusion, ajoutent les chercheurs.
