Materiale, der ligner en metal nanosvamp, kan reducere computerens energiforbrug til et minimum

Forskere fra UAB, i samarbejde med ICN2, har udviklet et nanoporøst materiale baseret på en kobber- og nikkellegering, med en struktur svarende til en svamp med porer, der måler størrelsen af ​​en milliontedel af en millimeter, som tillader håndtering og lagring af information med meget lidt energi. Disse nanosvampe kunne være grundlaget for nye magnetiske hukommelser til computere og mobiltelefoner med større energieffektivitet end de nuværende.

For at gemme information i de konventionelle magnetiske hukommelser i elektroniske enheder, materialernes små magnetiske domæner virker ved at pege op eller ned alt efter magnetfelterne. For at generere disse felter er det nødvendigt at producere elektriske strømme, men disse strømme opvarmer materialer, og der bruges en stor mængde energi på at afkøle dem. Næsten 40 procent af den elektriske energi, der går ind i computere (eller "Big Data"-servere), forsvinder som varme.

I 2007 Franske videnskabsmænd observerede, at når de magnetiske materialer lægges i ultratynde lag, og der påføres spænding, mængden af ​​strøm og energi, der var nødvendig for at pege på de magnetiske domæner, blev reduceret med 4 procent. Imidlertid, denne lille reduktion var ikke signifikant nok til at blive anvendt på enheder.

Et forskerhold ledet af Jordi Sort, ICREA-forsker og underviser ved Institut for Fysik ved Universitat Autònoma de Barcelona, i samarbejde med det catalanske institut for nanovidenskab og nanoteknologi (ICN2), har søgt efter en løsning baseret på de magnetiske egenskaber af et nyt nanoporøst materiale, som kunne øge denne overflade. Det nye materiale, som er omtalt i denne uge i Advanced Functional Materials journal, består af nanoporøse kobber- og nikkellegeringsfilm, organiseret på en måde, så det indre danner overflader og huller svarende til indersiden af ​​en svamp, men med en adskillelse mellem porerne på kun 5 eller 10 nanometer. Med andre ord, porernes vægge indeholder plads nok til kun et par dusin atomer.

"Der er mange forskere, der anvender nanoporøse materialer til at forbedre fysisk-kemiske processer, såsom i udviklingen af ​​nye sensorer, men vi undersøgte, hvad disse materialer kunne give til elektromagnetisme, " Jordi Sort forklarer. "De nanoporer, der findes på indersiden af ​​nanoporøse materialer, tilbyder en stor mængde overflade. Med denne enorme overflade koncentreret i et meget lille rum kan vi anvende spændingen fra et batteri og enormt reducere den nødvendige energi til at orientere de magnetiske domæner og registrere data. Dette repræsenterer et nyt paradigme inden for energibesparelse af computere og i beregning og håndtering af magnetiske data generelt, " siger Jordi Sort.

UAB-forskere har bygget de første prototyper af nanoporøse magnetiske hukommelser baseret på kobber- og nikkellegeringer (CuNi) og har nået meget tilfredsstillende resultater, med en reduktion på 35 procent i magnetisk koercitivitet, en størrelse relateret til det energiforbrug, der er nødvendigt for at omorientere de magnetiske domæner og registrere data.

I disse første prototyper, forskere anvendte spændingen ved hjælp af flydende elektrolytter, men arbejder nu på solide materialer, som kan hjælpe med at implementere enhederne på markedet. Ifølge Jordi Sort, "At implementere dette materiale i hukommelsen på computere og mobile enheder kan give mange fordele, hovedsageligt i direkte energibesparelser til computere og betydelig forøgelse af mobilenheders autonomi".

Udviklingen af ​​nye nanoelektroniske enheder med forbedret energieffektivitet er en af ​​de strategiske linjer, der indgår i EU's Horizon 2020-program. Ifølge nogle skøn, hvis elektrisk strøm fuldstændigt erstattes af spænding i databehandlingssystemer, energiomkostningerne kan reduceres med en faktor 1/500. Faktisk, computerservere fra store virksomheder som Google og Facebook er placeret under vandet, eller i nordiske lande, hvor temperaturerne er meget lave, med det formål at reducere varme- og energiforbruget.