De eigenschap die fluorescentielampen doet zoemen, zou een nieuwe generatie efficiëntere computerapparaten kunnen aandrijven die gegevens opslaan met magnetische velden, in plaats van elektriciteit.

Een team onder leiding van onderzoekers van de Universiteit van Michigan heeft een materiaal ontwikkeld dat minstens twee keer zo "magnetostrictief" en veel goedkoper is dan andere materialen in zijn klasse. Naast rekenen, het zou ook kunnen leiden tot betere magnetische sensoren voor medische en beveiligingsapparatuur.

Magnetostrictie, die het geroezemoes van tl-lampen en elektrische transformatoren veroorzaakt, treedt op wanneer de vorm van een materiaal en het magnetische veld met elkaar verbonden zijn, dat wil zeggen, een verandering in vorm veroorzaakt een verandering in het magnetisch veld. Het pand zou de sleutel kunnen zijn tot een nieuwe generatie computerapparatuur die magneto-elektriciteit wordt genoemd.

Magneto-elektrische chips kunnen alles, van enorme datacenters tot mobiele telefoons, veel energiezuiniger maken, het verminderen van de elektriciteitsvereisten van de computerinfrastructuur van de wereld.

Gemaakt van een combinatie van ijzer en gallium, het materiaal wordt gedetailleerd beschreven in een paper gepubliceerd op 12 mei in Natuurcommunicatie . Het team wordt geleid door UM-professor materiaalwetenschap en techniek John Heron en omvat onderzoekers van Intel; Cornell universiteit; Universiteit van Californië, Berkeley; Universiteit van Wisconsin; Purdue University en elders.

Magneto-elektrische apparaten gebruiken magnetische velden in plaats van elektriciteit om de digitale enen en nullen van binaire gegevens op te slaan. Kleine stroomstootjes zorgen ervoor dat ze iets uitzetten of samentrekken, hun magnetische veld van positief naar negatief of vice versa omdraaien. Omdat ze geen constante stroom van elektriciteit nodig hebben, zoals de chips van vandaag, ze gebruiken een fractie van de energie.

"Een sleutel om magneto-elektrische apparaten te laten werken, is het vinden van materialen waarvan de elektrische en magnetische eigenschappen met elkaar verbonden zijn." zei Reiger. "En meer magnetostrictie betekent dat een chip hetzelfde werk kan doen met minder energie."

Goedkopere magneto-elektrische apparaten met een tienvoudige verbetering

De meeste magnetostrictieve materialen van tegenwoordig maken gebruik van zeldzame aardelementen, die te schaars en te duur zijn om te worden gebruikt in de hoeveelheden die nodig zijn voor computerapparatuur. Maar het team van Heron heeft een manier gevonden om hoge niveaus van magnetostrictie uit goedkoop ijzer en gallium te halen.

Gewoonlijk, legt Heron uit, de magnetostrictie van een ijzer-galliumlegering neemt toe naarmate er meer gallium wordt toegevoegd. Maar die stijgingen vlakken af ​​en beginnen uiteindelijk te dalen naarmate de grotere hoeveelheden gallium een ​​geordende atomaire structuur beginnen te vormen.

Dus het onderzoeksteam gebruikte een proces genaamd moleculaire bundel-epitaxie bij lage temperatuur om atomen in wezen op hun plaats te bevriezen, voorkomen dat ze een geordende structuur vormen naarmate er meer gallium werd toegevoegd. Op deze manier, Heron en zijn team waren in staat om de hoeveelheid gallium in het materiaal te verdubbelen, verrekening van een tienvoudige toename van magnetostrictie in vergelijking met ongemodificeerde ijzer-gallium legeringen.

"Epitaxie met moleculaire bundels bij lage temperatuur is een uiterst bruikbare techniek - het lijkt een beetje op spuiten met individuele atomen, "Zei Heron. "En het 'spuiten' van het materiaal op een oppervlak dat enigszins vervormt wanneer er spanning op wordt gezet, maakte het ook gemakkelijk om de magnetostrictieve eigenschappen ervan te testen."

Onderzoekers werken met Intel's MESO-programma

De magneto-elektrische apparaten die in het onderzoek zijn gemaakt, zijn enkele micron groot - groot volgens computerstandaarden. Maar de onderzoekers werken samen met Intel om manieren te vinden om ze te verkleinen tot een bruikbaarder formaat dat compatibel is met het magneto-elektrische spin-orbit device (of MESO) -programma van het bedrijf. een van de doelen is om magneto-elektrische apparaten in de mainstream te duwen.

"Intel is geweldig in het schalen van dingen en in het maken van een technologie om echt te werken op de superkleine schaal van een computerchip, "Zei Heron. "Ze hebben veel geïnvesteerd in dit project en we ontmoeten ze regelmatig om feedback en ideeën te krijgen over hoe deze technologie kan worden uitgebreid om deze bruikbaar te maken in de computerchips die ze MESO noemen."

Hoewel een apparaat dat het materiaal gebruikt waarschijnlijk tientallen jaren verwijderd is, Heron's lab heeft octrooibescherming aangevraagd via het U-M Office of Technology Transfer.

Het artikel is getiteld "Engineering new limits to magnetostriction through metaability in iron-galliumlegeringen."