Udnytningen af ​​fluorescerende lys til mere effektiv computing

Ejendommen, der får fluorescerende lys til at summe, kan drive en ny generation af mere effektive computerenheder, der lagrer data med magnetfelter, frem for elektricitet.

Et team ledet af forskere ved University of Michigan har udviklet et materiale, der er mindst dobbelt så "magnetostriktivt" og langt billigere end andre materialer i sin klasse. Udover computing, det kan også føre til bedre magnetiske sensorer til medicinsk og sikkerhedsudstyr.

Magnetostriktion, som forårsager summer af fluorescerende lys og elektriske transformere, opstår, når et materiales form og magnetfelt er forbundet - det vil sige en ændring i form forårsager en ændring i magnetfeltet. Ejendommen kan være nøglen til en ny generation af computerenheder kaldet magnetoelektrisk.

Magnetoelektriske chips kunne gøre alt fra massive datacentre til mobiltelefoner langt mere energieffektive, nedskæring af elbehovet i verdens computerinfrastruktur.

Lavet af en kombination af jern og gallium, materialet er detaljeret i et papir, der blev offentliggjort 12. maj i Naturkommunikation . Teamet ledes af UM-materialevidenskab og ingeniørprofessor John Heron og omfatter forskere fra Intel; Cornell University; University of California, Berkeley; University of Wisconsin; Purdue University og andre steder.

Magnetoelektriske enheder bruger magnetiske felter i stedet for elektricitet til at gemme de digitale og nuller af binære data. Små elektriske impulser får dem til at ekspandere eller trække sig lidt sammen, vende deres magnetfelt fra positivt til negativt eller omvendt. Fordi de ikke kræver en jævn strøm af elektricitet, som dagens chips gør, de bruger en brøkdel af energien.

"En nøgle til at få magnetoelektriske enheder til at fungere er at finde materialer, hvis elektriske og magnetiske egenskaber er forbundet." Sagde Hejren. "Og mere magnetostriktion betyder, at en chip kan udføre det samme arbejde med mindre energi."

Billigere magnetoelektriske enheder med en ti gange forbedring

De fleste af nutidens magnetostriktive materialer bruger elementer af sjældne jordarter, som er for knappe og dyre til at blive brugt i de mængder, der er nødvendige til computerenheder. Men Herons team har fundet en måde at lokke høje niveauer af magnetostriktion fra billigt jern og gallium.

Normalt, forklarer Heron, magnetostriktionen af ​​jern-galliumlegering stiger, efterhånden som der tilføjes mere gallium. Men disse stigninger flader ud og begynder til sidst at falde, da de højere mængder gallium begynder at danne en ordnet atomstruktur.

Så forskergruppen brugte en proces kaldet lavtemperatur molekylær stråle-epitaxy til i det væsentlige at fryse atomer på plads, forhindrede dem i at danne en ordnet struktur, da mere gallium blev tilsat. Denne måde, Heron og hans team var i stand til at fordoble mængden af ​​gallium i materialet, netting en tidobling i magnetostriktion sammenlignet med umodificerede jern-galliumlegeringer.

"Lavtemperatur molekylær stråle-epitaxy er en yderst nyttig teknik-det er lidt som spraymaling med individuelle atomer, "Heron sagde." Og 'spraymaling' af materialet på en overflade, der deformeres let, når der påføres en spænding, gjorde det også let at teste dets magnetostriktive egenskaber. "

Forskere arbejder med Intels MESO -program

De magnetoelektriske enheder, der er fremstillet i undersøgelsen, er flere mikrometer store - store ved beregningsstandarder. Men forskerne arbejder sammen med Intel for at finde måder at skrumpe dem til en mere nyttig størrelse, der vil være kompatibel med virksomhedens magnetoelektriske spin-orbit-enhed (eller MESO) -program, et af målene er at skubbe magnetoelektriske enheder ind i mainstream.

"Intel er fantastisk til at skalere ting og til møtrikker og skruer ved at få en teknologi til at fungere i super-lille skala af en computerchip, "Heron sagde." De er meget investerede i dette projekt, og vi mødes regelmæssigt med dem for at få feedback og ideer om, hvordan man kan forstærke denne teknologi for at gøre den nyttig i computerchips, som de kalder MESO. "

Mens en enhed, der bruger materialet, sandsynligvis er årtier væk, Herons laboratorium har ansøgt om patentbeskyttelse via UM Office of Technology Transfer.

Papiret har titlen "Engineering nye grænser for magnetostriktion gennem metastabilitet i jern-galliumlegeringer."