La nanotechnologie changera-t-elle le stockage de données ?

La nanotechnologie est un sujet récurrent de l’actualité, mais il n’est pas complètement nouveau. Depuis le début du nouveau millénaire, la nanotechnologie connaît un engouement médiatique et intéresse par ailleurs un grand nombre d’entreprises. De nombreux articles au cours des dernières années ont présenté de nouveaux produits et les réalisations technologiques à venir. Mais…

• La nanotechnologie, qu’est-ce que c’est réellement, et que signifie-t-elle pour l’avenir du stockage de données ?
• Que peut apporter la nanotechnologie au stockage de données ?
• Quelles sont les réalisations de la recherche les plus intéressantes jusqu’ici en ce qui concerne le stockage de données ?

Il s’agit là des principales questions que je souhaite aborder dans cet article. Commençons par la première question :

Qu’est-ce que la nanotechnologie ?

Nanotechnologie est un néologisme créé à la fin des années quatre-vingt-dix du siècle précédent qui décrit simplement les technologies cherchant à créer des matériaux à l’échelle nanométrique. Un nanomètre est égal à un milliardième de mètre. Pour faire simple : lorsque les matériaux se trouvent au-delà de cette frontière, la taille détermine les propriétés des matériaux.

Cela signifie que dans de nombreux cas, les matériaux plus petits que le micromètre ont des propriétés différentes, et par conséquent se comportent différemment. Les matériaux faits pour ou à partir de la nanotechnologie pour un certain usage peuvent se comporter de façon totalement différente de leurs précurseurs chimiques.

La nanotechnologie est déjà utilisée fréquemment dans de nombreux domaines. Par exemple, la peinture utilisée pour les voitures contient un liant nanométrique spécial permettant à l’eau de s’écouler plus facilement le long de la carrosserie. Au final, ce liant spécial permet de prévenir la formation de rouille. Un autre exemple, l’utilisation de matériaux à l’échelle nanométrique pour la fabrication du dentifrice. L’idée est d’inclure au dentifrice des nanoparticules d’hydroxyapatite dont le but est de réparer les petites rayures à la surface des dents. Le textile est également un autre domaine d’application de la nanotechnologie. Les vestes et pantalons destinés aux activités extérieures ou aux escapades sont faits à partir de textiles composites qui rejettent la poussière grâce à de minuscules matériaux nanométriques inclus.

La tendance visant à créer davantage d’appareils, de puces informatiques et de systèmes de stockage de plus petite taille n’est pas nouvelle. Dans les années soixante-dix et quatre-vingt, le mot en vogue était « micro » (comme dans microsoft), tandis que maintenant, c’est « nano ».

Beaucoup de personnes ignorent qu’en technologie informatique, nous utilisons des supports de stockage faits avec la nanotechnologie : les puces mémoire Flash que nous utilisons dans nos ordinateurs ou caméras sont composées de matériaux semi-conducteurs recouverts d’une couche d’oxyde isolante d’une épaisseur de quelques nanomètres seulement. Par ailleurs, sauvegarder ou supprimer des données sur un support de stockage Flash n’est possible que par le biais d’un phénomène de physique quantique appelé « effet tunnel » et de cette nanotechnologie.

Cela signifie que la nanotechnologie dans le stockage de données ne décrit pas une certaine technologie de stockage à utiliser, mais que le support, les matériaux ou les composites sont de plus en plus petits et passent sous l’échelle micrométrique.

Que peut apporter la nanotechnologie au stockage de données ?

Comme je l’ai mentionné plus haut, les puces mémoires, clés USB et cartes SSD Flash n’auraient pas les avantages dont elles disposent sans une réduction de leurs tailles au-delà de la barrière nanométrique. Mais depuis plusieurs années, d’autres méthodes sont en cours de recherche aussi bien dans le but de minimiser l’espace de stockage utilisé que de sauvegarder davantage de données sur un espace plus réduit afin de répondre à la production de données en constante croissance due au phénomène big data. C’est pourquoi une recherche a été entamée dans tous les domaines du stockage de données, qu’il s’agisse du magnétisme, des transistors à effet de champ semiconducteurs à oxydes métalliques fonctionnant à l’électricité, ou des stockages optiques avec différentes lumières laser. Pour ces trois techniques courantes de stockage de données, les chercheurs essaient de dépasser les limites actuelles grâce aux nanotechnologies.

Le futur : stocker des données avec les atomes

Et ce que les chercheurs annoncent maintenant ressemble à ce que nous avons déjà vu dans les films de science-fiction ; ils essaient à présent d’atteindre le cœur de tout : les atomes. Un physicien de l’Université de technologie de Delft aux Pays-Bas a réussi son pari en stockant des données directement sur le composant le plus petit qui soit : l’atome.

Pour ce faire, le Dr Sander Otte utilisa des atomes de chlore. Lorsqu’ils sont placés sur une surface plane de cuivre, ces atomes ont la propriété de se disposer en une rangée en deux dimensions. Toutefois, il reste toujours des espaces vides où aucun atome ne se trouve à la surface. Le Dr. Sanders Otte développa alors une méthode pour disposer les vides et les atomes à la surface afin qu’ils forment le chiffre zéro ou un, à l’image d’un code binaire classique. À l’aide d’un microscope à effet tunnel contrôlé par ordinateur, son équipe est en mesure de pousser les atomes d’un vide à l’autre jusqu’à ce que les rangées se forment et puissent être lues. Ce qui est formidable avec cette nanotechnologie, c’est qu’il est théoriquement possible de stocker tous les livres créés par l’humanité jusqu’à maintenant sur une simple surface aussi petite qu’un timbre-poste.

Bien que cette méthode fonctionne bien en laboratoire, la lecture d’un bloc de données très petit de 64 bits nécessite une minute, tandis que son écriture nécessite deux minutes. D’autre part, le processus ne fonctionne que dans un environnement à la température de -196 °C, et les atomes ne restent que deux jours dans la position qui leur est attribuée, les données n’étant alors stockées que pendant deux jours. Puis elles sont perdues pour toujours. D’autres essais sur le déplacement des atomes ont été effectués à l’aide d’autres matériaux, comme par exemple des atomes de cobalt. Lisez davantage à ce sujet…

Une autre méthode utilisant les atomes pour stocker des données a été publiée l’année dernière par les chercheurs d’une équipe internationale de l’ETH de Zurich et de l’Institut Paul Scherrer, en Suisse, des universités de Lyon et Rennes et du Collège de France à Paris, ainsi que du Berkeley National Laboratory en Californie. En unissant leurs efforts, l’équipe a réussi à créer des nano-aimants.

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Ils ont été en mesure de créer ces nanoaimants en fixant des atomes magnétisables sur une surface de silice. La surface de silice est une nanoparticule de silice où des atomes d’un métal magnétique terrestre rare (le dysprosium) est inclus à une température de 400 °C ou 750 ° F. Cependant, les chercheurs font face à une difficulté, le magnétisme ne dure qu’environ 90 secondes et à une température d’environ -270 °C ou -454 °F, ce qui rend cette méthode pour stocker des données informatiques peu pratique pour le moment.

Le dernier exemple de nanotechnologie utilisée dans le but de mettre au point le stockage de données du futur est une méthode développée par les chercheurs de l’Université de Southampton. À la différence des deux autres méthodes décrites ci-dessus, ils créèrent une petite puce de stockage dans l’un des matériaux les plus courants qui existe, le verre. Ils utilisèrent la nanotechnologie et un laser super rapide. Le laser écrivit avec des impulsions de lumière extrêmement courtes et intensives des documents tests sur la puce de verre. Le verre spécial utilisé pour ce stockage est composé de structures superfines à l’échelle nanométrique, ce qui a rendu possible la création de trois couches de points de données. Ces structures modifient la façon dont la lumière brille au travers du verre, et ces données peuvent être lues à l’aide d’un microscope optique et d’un polariseur. Les chercheurs affirment qu’un disque de verre d’une telle épaisseur peut stocker 360 TB de données pendant 13,8 milliards d’années et ont appelé le disque « Superman memory crystaL ». La technologie a été démontrée pour la première fois en 2013, et ils sont déjà en mesure de stocker la Magna Carta ainsi que la King James Bible entièrement sur ce disque.

Conclusion : les exemples indiqués dans cet article montrent clairement que les chercheurs du monde entier travaillent actuellement sur de nombreuses méthodes différentes faisant appel à la nanotechnologie afin de contenir l’explosion de données à laquelle nous faisons face. Cependant, ces nouvelles idées et méthodes sont encore loin d’être prêtes à la mise sur le marché. Pour le moment, et peut-être pendant les quelques décennies à venir, les utilisateurs en entreprise et les consommateurs doivent continuer à adapter leur utilisation des supports de stockage habituels, tels que les disques durs, les lecteurs SSD et les bandes magnétiques.