磁电芯片为新一代更高效的计算设备提供动力
利用荧光灯的嗡嗡声提高计算效率
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，这些设备通过磁场而不是电力来存储数据。
由密歇根大学研究人员领导的一个团队开发出一种材料，其“磁致伸缩”至少是同类材料的两倍，而且成本远低于同类材料。 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。
当材料的形状和磁场联系在一起时，就会发生磁致伸缩，它会引起荧光灯和变压器的嗡嗡声——也就是说，形状的变化会导致磁场的变化。 该特性可能是新一代磁电计算设备的关键。
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，从而降低世界计算基础设施的电力需求。
该材料由铁和镓组合制成，在今天（12 年 2021 月 XNUMX 日）发表在 自然交流. 该团队由 UM 材料科学与工程教授 John Heron 领导，包括来自英特尔的研究人员； 康奈尔大学； 加州大学伯克利分校； 威斯康星大学； 普渡大学和其他地方。
磁电设备使用磁场而不是电力来存储二进制数据的数字 XNUMX 和 XNUMX。 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，反之亦然。 因为它们不需要像今天的芯片那样稳定的电流，所以它们只使用一小部分能量。
“使磁电器件工作的关键是找到其电学和磁学特性相关的材料。” 海伦说。 “更多的磁致伸缩意味着芯片可以用更少的能量完成同样的工作。”
具有十倍改进的更便宜的磁电设备
当今的大多数磁致伸缩材料都使用稀土元素，稀土元素太稀缺且成本太高，无法用于计算设备所需的数量。 但是赫伦的团队已经找到了一种方法，可以利用廉价的铁和镓来诱导高水平的磁致伸缩。
Heron 解释说，通常情况下，铁镓合金的磁致伸缩会随着添加更多的镓而增加。 但是随着更高量的镓开始形成有序的原子结构，这些增加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适当的位置，防止它们在添加更多镓时形成有序结构。 通过这种方式，Heron 和他的团队能够将材料中的镓含量增加一倍，与未改性的铁镓合金相比，磁致伸缩增加了十倍。
“低温分子束外延是一种非常有用的技术——它有点像用单个原子进行喷涂，”Heron 说。 “并且将材料‘喷涂’到施加电压时会轻微变形的表面上，也可以轻松测试其磁致伸缩特性。”
研究人员正在与英特尔的 MESO 计划合作
研究中制造的磁电设备有几微米大小——按计算标准计算是很大的。 但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，以与该公司的磁电自旋轨道设备（或 MESO）计划兼容，其中一个目标是将磁电设备推向主流。
Heron 说：“英特尔擅长扩展事物，并且擅长使一项技术在超小型计算机芯片上真正发挥作用。” “他们对这个项目非常投入，我们定期与他们会面，以获取有关如何提升这项技术以使其在他们称为 MESO 的计算机芯片中有用的反馈和想法。”
虽然使用这种材料的设备可能还需要几十年的时间，但 Heron 的实验室已经通过 UM 技术转让办公室申请了专利保护。
参考文献：PB Meisenheimer、RA Steinhardt、SH Sung、LD Williams、S. Zhuang、ME Nowakowski、S. Novakov、MM Torunbalci、B. Prasad、CJ Zollner 撰写的“通过铁镓合金中的亚稳态设计磁致伸缩的新限制”， Z. Wang, NM Dawley, J. Schubert, AH Hunter, S. Manipatruni, DE Nikonov, IA Young, LQ Chen, J. Bokor, SA Bhave, R. Ramesh, J.-M. Hu、E. Kioupakis、R. Hovden、DG Schlom 和 JT Heron，12 年 2021 月 XNUMX 日， 自然通讯.
DOI：10.1038 / s41467-021-22793-x
该研究得到 IMRA America 和国家科学基金会的支持（授权号 NNCI-1542081、EEC-1160504 DMR-1719875 和 DMR-1539918）。
该论文的其他研究人员包括 UM 材料科学与工程副教授 Emmanouil Kioupakis； UM 材料科学与工程助理教授 Robert Hovden； 和 UM 研究生研究助理 Peter Meisenheimer 和 Suk Hyun Sung。
