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西班牙研究人员开发出新型海绵状纳米多孔镍铜合金磁性材料
2017-07-17
 

[据物理学组织网站2017713日报道] 近期,西班牙巴塞罗那自治大学(UAB)的研究人员与加泰罗尼亚纳米科学与纳米技术研究所(ICN2)合作,共同开发出铜镍合金纳米海绵材料。该材料具有类似海绵的孔径尺寸在微米量级的多孔结构,能利用极低的能量处理和存储信息,可用来制造能量效率更高的新型磁存储器,应用于计算机和移动电话中。

当前电子设备中的传统磁存储器利用磁场作用下材料中微小磁畴向上或向下的指向来进行数字信息存储。为了产生磁场,必须先产生电流,然而,电流流经材料会产生大量热量,必须消耗大量能量对材料进行冷却。事实上,输入到计算机(或“大数据”服务器)内的电能约有40%会以热量的形式散失。

2007年,曾有法国科学家发现,将磁性材料放入超薄层中并施加电压,可将用于控制磁畴指向的电流和能量消耗降低4%。然而,如此微小的改善还不足以应用于实际器件中。

UABICN2的研究人员找到了一种基于新型纳米多孔磁性材料的解决方案。研究成果已发表在最新一期的《先进功能材料》上。新材料是一种具有纳米多孔结构的铜镍合金薄膜,其内部机构如同海绵由很多的曲面和孔洞构成,与海绵不同的是这些孔洞的间距仅有510纳米。换句话说,孔洞间壁仅能容纳几十个原子。

研究人员指出,现在有很多研究人员都在利用纳米多孔材料来改善器件的物理化学性质,如新型传感器的研发等。但是能够通过纳米多孔材料改善器件电磁特性的还尚属首次。纳米多孔材料内部的孔洞提供了大量的表面。研究人员将如此巨大的表面集中在极小的空间内,极大降低了磁畴定向和数据记录所需的能量。开创了以极低功耗运行计算机和进行磁性数据处理的全新范式。

基于新材料,UAB的研究人员已经开发出首个铜镍合金纳米多孔磁性存储器原型。经测试,该器件性能达到了令人十分满意的结果。其磁矫顽力减小了35%,该参数与磁畴重定向和数据记录所需的能量消耗有关。在该原型器件中,研究人员使用液态电解质对电压。现在,他们正在开发可用于市场电子器件的固态材料。在计算机和移动设备中应用该新型磁存储器,将使设备更加节能,极大地增强了移动设备的自主性。

开发高能量效率新型纳电子器件,是欧盟“地平线2020”计划的战略路线之一。据估计,如果将数据处理系统中的电流控制全部换成电压控制,则系统工作能耗将减小500倍。事实上,目前各大公司,如GoogleFacebook等,的计算机服务器都位于水下或者北欧国家。因为这些地方的温度非常低,有助于减少系统热量及能量损耗。(工业和信息化部电子第一研究所  李铁成)

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