新的突破可能导致即时启动计算机

点击次数:12   更新时间:2018-05-16   【关闭

em使用室温磁电存储器设备,康奈尔大学的工程师取得了突破,可能导致即时启动计算机。 / em

纽约伊萨卡 - 为了对数据进行编码,今天的计算机内存技术使用电流 - 这是可靠性和收缩性的主要限制因素,也是显着功耗的来源。如果数据可以在没有电流的情况下进行编码 - 例如,通过施加在绝缘体上的电场,它将需要更少的能量,并使低能耗,即时计算成为一个无处不在的现实。

康奈尔大学的一个团队由博士后协会John Heron领导,后者与材料科学与工程系工业化学教授Darrell Schlom和艺术与科学学院物理学教授Dan Ralph共同合作,用室温磁电存储器装置突破这个方向。相当于一个计算机位,它展示了下一代非易失性存储器的圣杯:磁性可切换性,分两步,只有电场。他们的研究成果于12月17日在线发表在“自然”杂志以及相关的“新闻与观点”文章中。

“这里的优势是能耗低,”Heron说。 “它需要一个低电压,没有电流来切换它。使用电流的设备消耗更多的能量并以热量的形式消耗大量的能量。这就是加热你的电脑和耗尽你的电池。“

研究人员用一种名为铋铁氧体的化合物制造了它们的装置,这种化合物是材料专家中最受欢迎的一种特别罕见的特性:它既像磁铁一样具有磁性,又具有自己的永久局部磁场 - 也是铁电的,意味着它总是电极化,并且可以通过施加电场来切换极化。这种所谓的铁氧体材料通常是一种或另一种,很少两种,因为驱动这两种现象的机制通常彼此相互作用。

这种组合使其成为一种“多铁性”材料,这种化合物在过去的十年左右已经引起轰动。论文合着者Ramamoorthy Ramesh,Heron的博士。加利福尼亚大学伯克利分校的顾问于2003年首次展示了铋铁氧体可以生长为非常薄的薄膜,并且与大批同类产品相比可以表现出更强的性能,从而点燃了它与下一代电子产品的相关性。

因为它是多铁性的,所以铋铁氧体可用于具有相对简单几何形状的非易失性存储器件。最好的部分是在室温下工作;包括Schlom小组在内的其他科学家已经展示了与竞争材料相似的结果,但是在无法想象的寒冷温度下,例如4开氏温度(-452华氏度) - 并不完全适用于工业。 “物理学一直很令人兴奋,但实用性却一直不存在,”Schlom说。

这个团队的一个关键突破是理论化和实验性地实现了铋铁氧体器件中开关的动力学。他们发现切换发生在两个不同的步骤中。斯洛姆说,一步切换不会奏效,因此理论家以前认为他们取得的成就是不可能的。但由于转换分两步进行,铋铁氧体在技术上是相关的。

多铁器件似乎也需要比其主要竞争对手低一个数量级的能量,这种称为自旋转移力矩的现象,拉尔夫也研究过这种现象,并且利用不同的物理学进行磁性开关。自旋转移力矩已经在商业上使用,但仅限于有限的应用。

他们有一些工作要做;一方面他们只制造一个设备,而计算机内存则涉及数十亿个这类设备的阵列。他们也需要提高耐久性。但是现在,证明这个概念是朝着正确方向迈出的重大一步。

Schlom说:“自从2000年左右多铁复合材料恢复生产以来,室温下实现电磁控制就成为了目标。

该论文“利用电场在室温下确定铁磁性的转换”包括康涅狄格大学的合作者;加州大学伯克利分校;清华大学;和苏黎世的瑞士联邦理工学院。该研究得到了美国国家科学基金会和康奈尔大学纳米科学研究所Kavli研究所的支持,其中Ralph和Schlom都是成员。

出版物:J.T.Heron等人,“使用电场在室温下铁磁性的确定性转换”Nature 516,370-373(2014年12月18日); DOI:10.1038 / nature14004

资料来源:康奈尔大学Vasyl Kacapyr

图片:来自Shutterstock的金属银色电源按钮