Onderzoekers van de UAB, in samenwerking met het ICN2, hebben een nanoporeus materiaal ontwikkeld op basis van een koper- en nikkellegering, met een structuur die lijkt op die van een spons met poriën ter grootte van een miljoenste millimeter, die het mogelijk maakt om informatie te verwerken en op te slaan met zeer weinig energie. Deze nanosponzen kunnen de basis vormen van nieuwe magnetische geheugens voor computers en mobiele telefoons met een grotere energie-efficiëntie dan de huidige.

Om informatie op te slaan in de conventionele magnetische geheugens van elektronische apparaten, de kleine magnetische domeinen van de materialen werken door naar boven of naar beneden te wijzen volgens de magnetische velden. Om deze velden op te wekken is het nodig om elektrische stromen op te wekken, maar deze stromen verhitten materialen en er wordt veel energie besteed aan het afkoelen ervan. Bijna 40 procent van de elektrische energie die naar computers (of 'Big Data'-servers) gaat, verdwijnt als warmte.

In 2007, Franse wetenschappers merkten op dat wanneer de magnetische materialen in ultradunne lagen worden geplaatst en er spanning wordt toegepast, de hoeveelheid stroom en energie die nodig was om de magnetische domeinen te richten, werd met 4 procent verminderd. Echter, deze kleine vermindering was niet significant genoeg om op apparaten te worden toegepast.

Een onderzoeksteam onder leiding van Jordi Sort, ICREA-onderzoeker en docent van de afdeling Natuurkunde aan de Universitat Autònoma de Barcelona, met de medewerking van het Catalaanse Instituut voor Nanowetenschappen en Nanotechnologie (ICN2), heeft op basis van de magnetische eigenschappen van een nieuw nanoporeus materiaal een oplossing gezocht die dit oppervlak zou kunnen vergroten. Het nieuwe materiaal, die deze week te zien is in het tijdschrift Advanced Functional Materials, bestaat uit nanoporeuze films van koper en nikkellegeringen, zo georganiseerd dat het interieur oppervlakken en gaten vormt die lijken op die van de binnenkant van een spons, maar met een scheiding tussen poriën van slechts 5 of 10 nanometer. Met andere woorden, de wanden van de poriën bevatten genoeg ruimte voor slechts enkele tientallen atomen.

"Er zijn veel onderzoekers die nanoporeuze materialen toepassen om fysisch-chemische processen te verbeteren, zoals bij de ontwikkeling van nieuwe sensoren, maar we hebben onderzocht wat deze materialen kunnen leveren aan elektromagnetisme, Jordi Sort legt uit. "De nanoporiën aan de binnenkant van nanoporeuze materialen bieden een grote hoeveelheid oppervlak. Met dit enorme oppervlak geconcentreerd in een zeer kleine ruimte kunnen we de spanning van een batterij toepassen en de energie die nodig is om de magnetische domeinen te oriënteren en gegevens vast te leggen enorm verminderen. Dit vertegenwoordigt een nieuw paradigma in de energiebesparing van computers en in het berekenen en verwerken van magnetische gegevens in het algemeen, ' zegt Jordi Sort.

UAB-onderzoekers hebben de eerste prototypen van nanoporeuze magnetische geheugens gebouwd op basis van koper en nikkellegeringen (CuNi) en hebben zeer bevredigende resultaten bereikt, met een vermindering van 35 procent in magnetische coërciviteit, een grootte gerelateerd aan het energieverbruik dat nodig is om de magnetische domeinen te heroriënteren en gegevens vast te leggen.

In deze eerste prototypes onderzoekers pasten de spanning toe met vloeibare elektrolyten, maar werken nu aan solide materialen die kunnen helpen de apparaten op de markt te brengen. Volgens Jordi Sort, "Het implementeren van dit materiaal in het geheugen van computers en mobiele apparaten kan veel voordelen bieden, voornamelijk in directe energiebesparing voor computers en aanzienlijke toename van de autonomie van mobiele apparaten".

De ontwikkeling van nieuwe nano-elektronische apparaten met verbeterde energie-efficiëntie is een van de strategische lijnen van het Horizon 2020-programma van de Europese Unie. Volgens sommige schattingen als elektrische stroom volledig wordt vervangen door spanning in gegevensverwerkingssystemen, energiekosten kunnen met een factor 1/500 worden verlaagd. In feite, computerservers van grote bedrijven als Google en Facebook staan ​​onder water, of in Scandinavische landen waar de temperaturen erg laag zijn, met als doel het verminderen van het verwarmings- en energieverbruik.