Magnetiske materialer kan gøre fremtidige computere 1000 gange mere effektive

Multiferroiske materialer

Enhver, der nogensinde har taget udtrykket 'bærbar computer' alvorligt, kan bevidne den ekstraordinære mængde varme, de producerer, når processoren svinger væk. På trods af mange års fremskridt inden for processordesign produceres der stadig meget varme som et biprodukt ved kørsel af en CPU. Alt dette er spildt energi, der kan bruges til mere produktive formål, men først har vi brug for en ny tilgang til mikroprocessordesign. Et team af UCLA-ingeniører kunne have fundet ud af en måde at gøre integrerede kredsløb langt mere effektive ved hjælp af en klasse magnetiske materialer kaldet multiferroics.



Standardprocessorerne i din computer, telefon og endda dit tv er afhængige af millioner eller milliarder transistorer pakket som et integreret kredsløb. En transistor er i det væsentlige en lille elektronisk afbryder, der, når den er sammenkædet, fungerer som logiske porte (AND, OR osv.) Direktestrøm gennem en transistor indebærer en vis mængde ineffektivitet, hvilket resulterer i varmegenerering og tab af elektroner. Der er virkelig ingen vej rundt, så længe du flytter elektroner fra et sted til et andet, og problemet bliver kun værre, da flere transistorer pakkes ind i mindre rum. Et multiferroisk materiale overgår problemet ved hjælp af et fænomen kendt som spin bølger .



Et multiferroisk materiale kan tændes og slukkes efter eget valg ved blot at anvende skiftevis spænding. Hvis du gør det, kan det bære strøm fra et punkt til et andet gennem elektronernes kaskader, snarere end ved faktisk at flytte dem. Denne komplekse magnetiske effekt kaldes en spinbølgebus, men du kan tænke på den lidt som en havbølge. Bølgens energi bevæger sig ind mod kysten, men individuelle vandmolekyler behøver ikke at gå nogen steder - de bevæger sig bare op og ned, når bølgen passerer.



Spin Wave Bus

Holdet designet faktisk en chip til at teste et multiferroisk materiales evne til at opretholde en stabil spinbølgebus. (Forskningspapir: doi: 10.1063 / 1.4865916 - 'Elektrisk feltinduceret spinbølgenerering ved hjælp af multiferroiske magnetoelektriske celler'). Enheden, der blev brugt i dette eksperiment, bestod af en nikkelbaseret film oven på et piezoelektrisk substrat - det piezoelektriske lag er, hvor den oprindelige spænding blev anvendt for at generere spinbølgen. I midten af ​​chippen var der en 5 mikrometer bred ferromagnetisk stribe, hvor al handlingen fandt sted (det er guldlinjen over midten af ​​billedet øverst og den grønne stribe i diagrammet ovenfor). Denne stribe fungerede som en bølgeleder til spinbølgebussen og styrede strøm fra den ene ende af kredsløbet til den anden uden at flytte nogen elektroner.



Denne tilgang var lykkes med at generere en spændingsdrevet spinbølge , selvom det stadig er langt fra at erstatte regelmæssige opladningsstrømme. Holdet mener, at den forbedrede effektivitet, der tilbydes af en spinbølge-bus, en dag kan gøre processorer mindst 1.000 gange mere effektive. Det kan muliggøre en ny generation af enheder, der gør mere arbejde, mens de bruger mindre strøm og genererer mindre varme. Måske kommer der en dag, hvor du kan efterlade en bærbar computer på dit skød uden frygt for alvorlig kropsskade takket være spinbølger.