Атомные бутерброды могут сделать компьютеры в 100 раз экологичнее

Известный как магнитоэлектрический мультиферроик, он сочетает в себе электрические и магнитные свойства при комнатной температуре и основан на явлении, называемом «плоское смятие».Новый материал соединяет отдельные слои атомов друг с другом, образуя тонкую пленку с магнитной полярностью, которую можно переключать с положительной на отрицательную или наоборот с помощью небольших электрических импульсов. В будущем производители устройств могут использовать это свойство для хранения цифровых нулей и единиц, бинарной основы, лежащей в основе вычислительных устройств.

«До этой работы был только один мультиферроик с комнатной температурой, магнитные свойства которого можно было контролировать с помощью электричества», — сказал Джон Херон, доцент кафедры материаловедения и инженерии в Мичиганском университете, который работал с материалом с исследователи из Корнельского университета. «Это электрическое управление — вот что волнует производителей электроники, так что это огромный шаг вперед».Мультиферроики при комнатной температуре — это горячо преследуемая цель в области электроники, потому что они требуют гораздо меньше энергии для чтения и записи данных, чем современные полупроводниковые устройства. Кроме того, их данные не исчезают при отключении питания. Эти свойства могут позволить устройствам, которым требуются только короткие импульсы электричества вместо постоянного потока, необходимого для современной электроники, с использованием примерно в 100 раз меньше энергии.

«Электроника — самый быстрорастущий потребитель энергии во всем мире», — сказал Рамамурти Рамеш, заместитель директора лаборатории энергетических технологий Национальной лаборатории Лоуренса Беркли. «Сегодня около 5 процентов нашего общего мирового потребления энергии расходуется на электронику, и, по прогнозам, к 2030 году эта цифра вырастет до 40-50 процентов, если мы продолжим работать в том же темпе и если не будет никаких серьезных достижений в этой области, которые приведут к снижению потребление энергии."Чтобы создать новый материал, исследователи начали с тонких пленок атомарной точности гексагонального оксида железа лютеция (LuFeO3), материала, известного как прочный сегнетоэлектрик, но не обладающий сильными магнитными свойствами.

Оксид железа лютеция состоит из чередующихся монослоев оксида лютеция и оксида железа. Затем они использовали метод, называемый молекулярно-лучевой эпитаксией, чтобы добавить один дополнительный монослой оксида железа к каждые 10 атомных повторов однослойной структуры.«По сути, мы рисовали распылением отдельные атомы железа, лютеция и кислорода, чтобы получить новую атомную структуру, которая демонстрирует более сильные магнитные свойства», — сказал Даррелл Шлом, профессор материаловедения и инженерии в Корнелле и старший автор исследования, посвященного недавно опубликованной работе. в природе.Результатом стал новый материал, который сочетает в себе явление в оксиде лютеция, называемое «плоское смятие», с магнитными свойствами оксида железа для достижения мультиферроидных свойств при комнатной температуре.

Херон объясняет, что лютеций демонстрирует смещения атомного уровня, называемые складками. Видимые под электронным микроскопом складки усиливают магнетизм материала, позволяя ему сохраняться при комнатной температуре. Складки можно перемещать, прикладывая электрическое поле, и этого достаточно, чтобы сместить магнитное поле в соседнем слое оксида железа с положительного на отрицательное или наоборот, создавая материал, магнитными свойствами которого можно управлять с помощью электричества — «магнитоэлектрик». мультиферроик ".Хотя Херон полагает, что жизнеспособное мультиферроиковое устройство, вероятно, появится через несколько лет, эта работа приближает эту область к цели — устройства, которые продолжат повышение скорости вычислительной индустрии при меньшем потреблении энергии.

Это очень важно для того, чтобы электронная промышленность продолжала развиваться в соответствии с законом Мура, согласно которому мощность интегральных схем будет удваиваться каждый год. Это подтверждается с 1960-х годов, но эксперты предсказывают, что современные кремниевые технологии могут приближаться к своим пределам.


Портал обо всем