Crédit : ACS Applied Materials & Interfaces (2026). DOI : 10.1021/acsami.5c21475
Une équipe de recherche dirigée par Lee Hyun Jun et Noh Hee Yeon, de la Division de nanotechnologie du DGIST (Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbuk) en Corée du Sud, a réussi à mettre au point le premier semi-conducteur au monde doté d’une intelligence artificielle (IA) à deux bornes. Ce semi-conducteur contrôle avec précision l’hydrogène grâce à des signaux électriques, permettant ainsi l’auto-apprentissage et la mémorisation. Leurs travaux sont publiés dans la revue Advanced Science .
Alors que l’IA moderne exige le traitement rapide de vastes quantités de données, la séparation du calcul et de la mémoire dans les ordinateurs classiques entraîne une baisse de performance et une forte consommation d’énergie. Les semi-conducteurs neuromorphiques, qui effectuent simultanément calcul et stockage en imitant le cerveau humain, suscitent un intérêt croissant en tant que technologie de nouvelle génération capable de résoudre ce problème. Au cœur de ce semi-conducteur se trouve un dispositif de synapse artificielle dont la conductivité varie en fonction des signaux électriques et se maintient dans cet état. L’équipe de recherche s’est concentrée sur l’hydrogène comme solution potentielle.
Les dispositifs de mémoire conventionnels à base d’oxyde exploitent principalement la migration des lacunes d’oxygène (défauts) comme mécanisme de mémoire. Cependant, cette approche rend difficile d’assurer la stabilité et l’uniformité à long terme entre les dispositifs. À l’inverse, l’équipe de recherche a résolu ce problème en développant sa propre méthode permettant de contrôler précisément l’injection et la décharge d’ions hydrogène (H + ) à l’aide d’un champ électrique.
Ceci revêt une importance particulière car cette technologie a été mise en œuvre pour la première fois dans une structure verticale à deux bornes. Cette structure est très avantageuse pour les puces d’IA haute densité de nouvelle génération, car elle facilite une forte densité d’intégration et des procédés de fabrication simples. À ce jour, aucun cas de contrôle précis de la migration d’hydrogène au sein d’une structure verticale pour la mise en œuvre d’opérations d’IA n’a été rapporté.
Le dispositif d’IA à base d’hydrogène, récemment mis au point, a fonctionné de manière stable pendant plus de 10 000 opérations répétitives et a conservé intact son état de mémoire même après un stockage prolongé. De plus, il a été démontré que des fonctions d’apprentissage et de mémorisation similaires à celles des synapses du cerveau humain pouvaient être réalisées avec succès grâce à ses caractéristiques analogiques de conductivité variable.
Le chercheur principal Lee Hyun Jun a déclaré : « Ces recherches revêtent une importance considérable, au-delà du simple développement d’un nouveau semi-conducteur pour l’IA. Elles présentent un nouveau mécanisme de commutation résistive utilisant la migration de l’hydrogène, totalement différent des mémoires existantes basées sur les lacunes d’oxygène. »
La chercheuse associée Noh Hee Yeon a souligné : « Il s’agit du premier cas de contrôle électrique précis de la migration des atomes d’hydrogène entre des couches semi-conductrices empilées. Les résultats de cette étude, qui ont élucidé le mécanisme de migration de l’hydrogène, vont fondamentalement transformer l’architecture du matériel d’IA et accélérer l’avènement des semi-conducteurs neuromorphiques de nouvelle génération, à faible consommation et à haut rendement. »
