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荧光灯的低语:开启计算新时代

荧光灯发出的嗡鸣声,将为新一代高效磁场存储型计算设备提供动力。

《自然通讯》杂志当地时间5月12日发文称,美国密歇根大学研究团队开发了一种铁镓材料,其“磁致伸缩”性能至少是同类材料的两倍,并且成本更低。除用于计算设备外,它还能为医疗和安全设备带来更优质的磁性传感器。

磁致伸缩会引发荧光灯和变压器的嗡鸣声――也就是说,材料的形状变化会引发磁场变化。这种特性可能是新一代磁电计算设备的关键。大到数据中心,小到手机,磁电芯片能使这些设备的能源效率显著提高,进而大幅降低计算基础设施的电力需求。磁电装置则利用磁场代替电力,存储二进制数据。微小的电脉冲使磁电装置产生轻度膨胀或收缩,从而令其磁场方向发生改变。磁电装置不需要稳定电流,因此只会消耗很小一部分能量。“运转磁电设备的关键在于找到电-磁特性相关的材料。”密大材料科学与工程教授John Heron说,“磁致伸缩性能增强,意味着同一块芯片能够用更少的能量完成同样的工作。”

目前,大多数磁致伸缩材料都涉及稀土元素。然而,稀土元素过于稀缺,且成本高昂,根本无法满足计算设备的需求。Heron团队另辟蹊径,用廉价的铁和镓开发出了高水平的磁致伸缩材料。

Heron指出,通常情况下,铁镓合金的磁致伸缩性能与镓含量正相关。然而,随着大量镓元素的引入,材料逐渐形成有序的原子结构,导致磁致伸缩性的增长趋于平稳,并最终降低。为了解决这个问题,Heron团队在材料制造过程中引入了低温分子束外延技术,将原子“冻结”在原位,防止它们在镓含量上升时形成有序结构。借助这种办法,Heron团队成功让材料中的镓含量翻倍,同时使材料的磁致伸缩性能提高了十倍。Heron说:“低温分子束外延是一种非常实用的技术,它类似于用单个原子进行喷涂。将这种材料喷涂在施加电压会轻微形变的表面上,还降低了磁致伸缩性能的测试难度。”

Heron团队制造的磁电装置达到了微米级。他们正在与英特尔公司合作,进一步缩小装置尺寸,以兼容英特尔公司的磁电自旋轨道设备(MESO)计划。Heron说:“英特尔公司非常善于规模化生产。他们对这个项目非常关注,我们会定期与公司的技术人员交流,以便在未来使其能应用在MESO计算机芯片中。”

科界原创

编译:雷鑫宇

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊来源:《自然通讯》

期刊编号:2041-1723

原文链接:

https://phys.org/news/2021-05-harnessing-fluorescent-efficient.html

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