铁镓磁电芯片技术为新一代更高效的计算设备带来了可能

2021年05月12日 17:13 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

使荧光灯嗡嗡作响的特性可以为新一代更高效的计算设备提供动力,这些设备用磁场而不是电来存储数据。由密歇根大学研究人员领导的一个团队已经开发出一种材料,它的 "磁致伸缩性 "至少是同类材料的两倍,而且成本远远低于其他材料。除了计算之外,它还可以为医疗和安全设备带来更好的磁传感器。

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当一种材料的形状和磁场相联系时,就会发生磁致伸缩,也就是说,形状的改变会导致磁场的改变。这一特性可能是被称为磁电的新一代计算设备的关键。磁电芯片可以使从大型数据中心到手机的所有东西都更加节能,削减世界计算基础设施的电力需求。

该材料由铁和镓组合而成,在今天(2021年5月12日)发表在《自然通讯》上的一篇论文中作了详细介绍。该团队由麻省理工学院材料科学与工程教授John Heron领导,包括来自英特尔、康奈尔大学、加州大学伯克利分校、威斯康辛大学、普渡大学和其他地方的研究人员。

磁电设备使用磁场而不是电力来存储二进制数据的数字1和0。微小的电脉冲使它们略微膨胀或收缩,将它们的磁场从正向翻转为负向,反之亦然。因为它们不需要像今天的芯片那样需要稳定的电力流,所以它们使用的能量只是一小部分。

今天的大多数磁致伸缩材料使用稀土元素,这些元素太稀缺,成本太高,无法用于计算设备所需的数量。但Heron伦的团队已经找到了一种方法,从廉价的铁和镓中“哄骗”出高水平的磁致伸缩性。通常情况下,铁镓合金的磁致伸缩性会随着镓的加入而增加。但是,当更多的镓开始形成一个有序的原子结构时,这些增加会趋于平稳,并最终开始下降。因此,研究小组使用了一种称为低温分子束外延的工艺,基本上将原子冻结在原地,防止它们随着更多镓的加入形成有序的结构。

通过这种方式,Heron和他的团队能够将材料中的镓的数量增加一倍,与未修改的铁镓合金相比,磁致伸缩性增加了10倍。

"低温分子束外延是一种极其有用的技术--它有点像用单个原子进行喷漆,"Heron说。"而将材料'喷绘'到一个在施加电压时轻微变形的表面上,也使得测试其磁致伸缩特性变得容易。该研究中制作的磁电设备有几微米大小--按计算标准来说是很大的。但是研究人员正在与英特尔合作,寻找方法将它们缩小到更有用的尺寸,以便与该公司的磁电自旋轨道设备(或MESO)计划兼容,其目标之一是将磁电设备推向主流。

虽然使用这种材料的设备可能还要等几十年,但Heron的实验室已经通过密歇根大学技术转让办公室申请了专利保护。

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