Lovende klasse af magneto-ionik kan give ikke-flygtig computerhukommelse og vinduer, der hurtigt kan dæmpes

Der er en revne i alt, Leonard Cohen sang; sådan kommer lyset ind. Nu har et team ledet af forskere fra National Institute of Standards and Technology (NIST) undersøgt egenskaberne ved en lovende materialeklasse med nye muligheder, der er afhængige af disse revner. Deres resultater kan hjælpe med at åbne vejen for praktiske applikationer fra ikke-flygtig computerhukommelse til vinduer, der hurtigt kan dæmpes.

De pågældende materialer er blevet kaldt magneto-ioniske-magnetiske stoffer med egenskaber, der afhænger af arrangementet af ioner, som er atomer med en elektrisk ladning. Computerhukommelsesdesignere kan lide dem, fordi de fungerer anderledes end traditionelle elektroniske enheder, som afhænger af elektroners bevægelse for at repræsentere 1s og 0s. Men elektroner holder ikke fast i traditionelle enheder, når strømmen dør.

Indtast magneto-ionik, som er dannet af flere ekstremt tynde lag af iltholdige krystallinske partikler stablet oven på hinanden. Disse partikler stabler sammen, men har små huller imellem dem - hvilket tillader iltioner at bevæge sig rundt mellem partiklerne. Hvis lag af partikler sættes ned som en tynd film på en overflade, ionerne kan flyttes op og ned gennem lagene ved hjælp af et elektrisk felt, ændre hvordan de opfører sig, selv får magnetiske lag til at miste deres magnetisme. Styring af, om lagene er magnetiske eller ej, muliggør muligvis informationslagring som 1'er og 0'er. Og når først en ion flytter til et nyt sted, det plejer at blive der, selv uden strøm.

Der findes andre ikke -flygtige hukommelsesteknologier, især harddiske og flashhukommelse, men de fungerer relativt langsomt, har relativt korte levetider og kan ikke skaleres op over et bestemt punkt - harddiske, for eksempel, kan kun have så mange lag. Ioniske teknologier ville også fungere langsomt, men ville være mere skalerbar.

Appellen til disse magneto-ioniske film går dog langt ud over datalagring, sagde NIST -fysikeren Dustin Gilbert, på grund af den brede vifte af egenskaber, der kan ændres ved at flytte iltionerne rundt.

"Kontrol af iltfordelinger giver mulighed for at indstille praktisk talt alle egenskaber ved et materiale:magnetisk, strukturel, optisk, mekanisk eller kemisk, for at nævne et par stykker, "Sagde Gilbert." Så i vid forstand, du kan forestille dig et hvilket som helst antal enheder, hvor vi anvender en spænding og helt ændrer deres funktionelle adfærd. En mulighed ville være en vinduesbelægning, der skifter fra uigennemsigtig til spejlet eller gennemsigtig, så du kunne slippe sollys ind med et tryk på en kontakt. "

På trods af deres bredere potentiale, størstedelen af ​​den forskning, der hidtil er blevet udført på magneto-ionik, har været på ekstremt tynde film, kun et par atomlag tykke. NIST -teamet satte sig for at undersøge adfærden for de væsentligt tykkere film, der kunne være afgørende for kommercielle applikationer.

Deres forskning, udført ved hjælp af neutronreflektometri på NIST Center for Neutron Research, viste en række fund nyttige for branchens fremtid. Mindre partikler, for eksempel, har en tendens til at lave bedre magneto-ioniske film, da der er flere revner, som iltionerne kan bevæge sig igennem. Også, ændring af den kemiske sammensætning og krystalstruktur af partiklerne og lagene ændrer filmens egenskaber dramatisk, hvilket betyder, at partikelteknik vil være et stort problem for producenterne.

Filmens egenskaber ændres også, efter at iltionerne foretager et par rundrejser gennem lagene, stille spørgsmål om, hvor længe en enhed baseret på magneto-ionik kan vare.

"Vi skal være i stand til at skifte disse ting frem og tilbage et stort antal gange, "Sagde Gilbert." Deres holdbarhed og hastighed forbedres hurtigt, men der er stadig en vej at gå. Ved bedre at forstå iltbevægelsen i disse enheder, vores arbejde skulle hjælpe meget med det. Vi har revnet den underliggende fysik i disse filmes magnetiske egenskaber, som skulle oplyse ingeniører om, hvordan de kan bruge dem. "