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使熒光燈嗡嗡作響的特性可以為新一代更高效的計算設(shè)備提供動力，這些設(shè)備用磁場而不是電來存儲數(shù)據(jù)。由密歇根大學(xué)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個團(tuán)隊已經(jīng)開發(fā)出一種材料，它的"磁致伸縮性"至少是同類材料的兩倍，而且成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他材料。除了計算之外，它還可以為醫(yī)療和安全設(shè)備帶來更好的磁傳感器。
當(dāng)一種材料的形狀和磁場相聯(lián)系時，就會發(fā)生磁致伸縮，也就是說，形狀的改變會導(dǎo)致磁場的改變。這一特性可能是被稱為磁電的新一代計算設(shè)備的關(guān)鍵。磁電芯片可以使從大型數(shù)據(jù)中心到手機(jī)的所有東西都更加節(jié)能，削減世界計算基礎(chǔ)設(shè)施的電力需求。
該材料由鐵和鎵組合而成，在今天(2021年5月12日)發(fā)表在《自然通訊》上的一篇論文中作了詳細(xì)介紹。該團(tuán)隊由麻省理工學(xué)院材料科學(xué)與工程教授John Heron領(lǐng)導(dǎo)，包括來自英特爾、康奈爾大學(xué)、加州大學(xué)伯克利分校、威斯康辛大學(xué)、普渡大學(xué)和其他地方的研究人員。
磁電設(shè)備使用磁場而不是電力來存儲二進(jìn)制數(shù)據(jù)的數(shù)字1和0。微小的電脈沖使它們略微膨脹或收縮，將它們的磁場從正向翻轉(zhuǎn)為負(fù)向，反之亦然。因為它們不需要像今天的芯片那樣需要穩(wěn)定的電力流，所以它們使用的能量只是一小部分。
今天的大多數(shù)磁致伸縮材料使用稀土元素，這些元素太稀缺，成本太高，無法用于計算設(shè)備所需的數(shù)量。但Heron倫的團(tuán)隊已經(jīng)找到了一種方法，從廉價的鐵和鎵中“哄騙”出高水平的磁致伸縮性。通常情況下，鐵鎵合金的磁致伸縮性會隨著鎵的加入而增加。但是，當(dāng)更多的鎵開始形成一個有序的原子結(jié)構(gòu)時，這些增加會趨于平穩(wěn)，并最終開始下降。因此，研究小組使用了一種稱為低溫分子束外延的工藝，基本上將原子凍結(jié)在原地，防止它們隨著更多鎵的加入形成有序的結(jié)構(gòu)。
通過這種方式，Heron和他的團(tuán)隊能夠?qū)⒉牧现械逆壍臄?shù)量增加一倍，與未修改的鐵鎵合金相比，磁致伸縮性增加了10倍。
"低溫分子束外延是一種極其有用的技術(shù)--它有點像用單個原子進(jìn)行噴漆，"Heron說。"而將材料'噴繪'到一個在施加電壓時輕微變形的表面上，也使得測試其磁致伸縮特性變得容易。該研究中制作的磁電設(shè)備有幾微米大小--按計算標(biāo)準(zhǔn)來說是很大的。但是研究人員正在與英特爾合作，尋找方法將它們縮小到更有用的尺寸，以便與該公司的磁電自旋軌道設(shè)備(或MESO)計劃兼容，其目標(biāo)之一是將磁電設(shè)備推向主流。
雖然使用這種材料的設(shè)備可能還要等幾十年，但Heron的實驗室已經(jīng)通過密歇根大學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)讓辦公室申請了專利保護(hù)。
(原標(biāo)題：鐵鎵磁電芯片技術(shù)為新一代更高效的計算設(shè)備帶來了可能)
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