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利用荧光灯的嗡嗡声进行更高效的计算

时间:2021-05-12 18:03

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让荧光灯发出嗡嗡声的特性可以为新一代更高效的计算设备提供动力,这些计算设备通过磁场而不是电力来存储数据。

由密歇根大学研究人员领导的一个团队开发了一种材料,它的“磁致伸缩”性能至少是同类材料的两倍,而且成本远低于同类材料。除了计算,它还可以为医疗和安全设备带来更好的磁性传感器。

磁致伸缩会引起荧光灯和变压器的嗡嗡声,它发生在材料的形状和磁场相联系的时候——也就是说,形状的变化会引起磁场的变化。这种特性可能是新一代磁电计算设备的关键。

磁电芯片可以使从大型数据中心到手机等一切事物的能源效率大大提高,大幅降低世界计算基础设施的电力需求。

该材料由铁和镓组成,详细内容发表在5月12日 自然通讯。该团队由密歇根大学材料科学与工程教授约翰·赫伦领导,包括来自英特尔的研究人员;康奈尔大学;加州大学伯克利分校;威斯康辛大学;普渡大学和其他地方。

磁电装置利用磁场代替电来存储二进制数据中的数字1和0。微小的电脉冲使它们稍微膨胀或收缩,使它们的磁场从正变为负,或者反之。因为它们不像现在的芯片那样需要稳定的电流,它们只需要一小部分的能量。

“让磁电设备工作的关键是找到电和磁特性相关联的材料。”苍鹭说。“更多的磁致伸缩意味着一个芯片可以用更少的能量做同样的工作。”

更便宜的磁电设备改进了十倍

当今大多数磁致伸缩材料都使用稀土元素,而稀土元素过于稀缺和昂贵,无法达到计算设备所需的数量。但是Heron的团队已经找到了一种方法,可以从廉价的铁和镓中诱导出高水平的磁致伸缩。

Heron解释说,通常情况下,铁镓合金的磁致伸缩随着添加更多的镓而增加。但随着大量的镓开始形成有序的原子结构,这种增长趋于平稳,并最终开始下降。

因此,研究小组使用了一种称为低温分子束外延的过程,基本上将原子冻结在原地,防止它们在添加更多镓时形成有序结构。通过这种方法,Heron和他的团队能够使材料中的镓含量翻倍,与未改性的铁镓合金相比,其磁致伸缩性能增加了10倍。

Heron说:“低温分子束外延是一种非常有用的技术,有点像用单个原子进行喷漆。”“而将这种材料‘喷涂’在施加电压时会轻微变形的表面上,也使得测试其磁致伸缩特性变得容易。”

研究人员正在与英特尔的MESO项目合作

根据计算标准,该研究中制造的磁电装置有几微米大。但研究人员正在与英特尔公司合作,设法将其缩小到更有用的尺寸,以便与该公司的磁电自旋轨道设备(MESO)计划兼容,其目标之一是推动磁电设备进入主流。

Heron说:“英特尔非常擅长规模化生产,在技术的具体细节方面,它能让一项技术在超大规模的电脑芯片上工作。”“他们对这个项目非常投入,我们会定期与他们会面,以获得反馈和想法,如何提高这项技术,使其在他们称为MESO的计算机芯片上有用。”

虽然使用这种材料的设备可能还需要几十年的时间,但Heron的实验室已经通过密歇根大学技术转让办公室申请了专利保护。

这篇论文的题目是“通过铁镓合金的亚稳态设计磁致伸缩的新极限”。