Een van de belangrijkste klachten over smartphone, laptop en andere gebruikers van batterijgevoede elektronica is dat de levensduur van de batterij te kort is en - in sommige gevallen - dat de apparaten warmte genereren. Nutsvoorzieningen, een groep natuurkundigen onder leiding van Deepak K. Singh, universitair hoofddocent natuurkunde en sterrenkunde aan de Universiteit van Missouri, heeft een apparaatmateriaal ontwikkeld dat beide problemen kan aanpakken. Het team heeft een patent aangevraagd voor een magnetisch materiaal dat gebruik maakt van een unieke structuur:een "honingraat"-rooster dat kenmerkende elektronische eigenschappen vertoont.

"Halfgeleiderdiodes en versterkers, die vaak gemaakt zijn van silicium of germanium, zijn sleutelelementen in moderne elektronische apparaten, " zei Singh, die ook dienst doet als hoofdonderzoeker van het Magnetism and Superconductivity Research Laboratory van MU. "Een diode geleidt normaal gesproken stroom en spanning door het apparaat langs slechts één voorspanningsrichting, maar wanneer de spanning wordt omgekeerd, de stroom stopt. Dit schakelproces kost veel energie door dissipatie, of de uitputting van de stroombron, waardoor de levensduur van de batterij wordt beïnvloed. Door de halfgeleider te vervangen door een magnetisch systeem, we geloofden dat we een energetisch effectief apparaat konden maken dat veel minder stroom verbruikt met verbeterde functionaliteiten."

Singhs team ontwikkelde een tweedimensionale, nanogestructureerd materiaal gemaakt door het afzetten van een magnetische legering, of permalloy, op de honingraatstructuur van een siliciumoppervlak. Het nieuwe materiaal geleidt eenrichtingsstroom, of stromen die maar één kant op stromen. Het materiaal heeft ook aanzienlijk minder dissipatief vermogen in vergelijking met een halfgeleidende diode, die normaal gesproken in elektronische apparaten zit.

De magnetische diode maakt de weg vrij voor nieuwe magnetische transistors en versterkers die zeer weinig vermogen dissiperen, waardoor de efficiëntie van de stroombron wordt verhoogd. Dit zou kunnen betekenen dat ontwerpers de levensduur van batterijen met meer dan honderd keer zouden kunnen verlengen. Minder dissipatief vermogen in computerprocessors kan ook de warmte verminderen die wordt gegenereerd in laptop- of desktop-CPU's.

"Hoewel er meer moet worden gedaan om het eindproduct te ontwikkelen, het apparaat kan betekenen dat een normale oplaadtijd van 5 uur kan oplopen tot meer dan 500 uur opladen, Singh zei. "Het apparaat zou ook kunnen dienen als een 'aan/uit-schakelaar' voor andere perifere componenten zoals camera's met gesloten circuit of radiofrequentieverzwakkers, waardoor de stroom door een apparaat wordt verminderd. We hebben een Amerikaans patent aangevraagd en zijn begonnen met het oprichten van een spin-off bedrijf om ons te helpen het apparaat op de markt te brengen."

Het voorgestelde startende bedrijf dat aan dit onderzoek is gekoppeld, benadrukt de impact van de universiteit op de inspanningen van de staat op het gebied van economische ontwikkeling, inclusief commercialisering van onderzoek uitgevoerd bij Mizzou, personeelsontwikkeling en banengroei, verbetering van de levenskwaliteit van de bewoners, en het aantrekken van bedrijven en bedrijven naar de staat. Bedrijven die MU-technologieën commercialiseren, hebben honderden miljoenen dollars aan investeringen en subsidies binnengehaald om hun commercialiseringsinspanningen te bevorderen. in 2017, het Office of Technology Management and Industry Relations meldde dat 31 Amerikaanse patenten zijn verleend aan leden van de MU-gemeenschap.

De studies, "gedrag van magnetische diodes bij kamertemperatuur in 2D-honingraten" en "Spin Solid versus Magnetic Charge Ordered State in kunstmatige honingraatrooster van verbonden elementen, " werden gepubliceerd in Geavanceerde elektronische materialen en Geavanceerde wetenschap , respectievelijk.