I computer di oggi forniscono l'archiviazione di enormi quantità di informazioni con densità di dati estremamente grandi, ma scrivere e recuperare queste informazioni richiede molta energia. Oltre il 99% della potenza consumata per l'archiviazione e l'elaborazione delle informazioni viene sprecata sotto forma di calore, un gran mal di testa che ancora non si è placato.

Un team di ricercatori francesi e russi ha ora sviluppato una cella di memoria ad accesso casuale magnetoelettrico (MELRAM) che ha il potenziale per aumentare l'efficienza energetica, e quindi diminuire lo spreco di calore, per ordini di grandezza per operazioni di lettura a temperatura ambiente. La ricerca potrebbe aiutare la produzione di dispositivi come laptop istantanei, unità flash a consumo prossimo allo zero, e centri di archiviazione dati che richiedono molta meno aria condizionata. Il team di ricerca ha riportato i risultati questa settimana in Lettere di fisica applicata .

Miliardi di transistor possono ora essere incisi su singoli chip in uno spazio delle dimensioni di un centesimo, ma a un certo punto, non sarà possibile aumentare questo numero per prestazioni ancora migliori utilizzando lo stesso spazio. La pura densità di questi transistor nanoscopici si traduce in più calore indesiderato insieme a interazioni a livello quantistico che ora devono essere affrontate.

Negli ultimi anni, la ricerca si è intensificata per esplorare le proprietà magnetiche degli elettroni in un fenomeno chiamato effetto magnetoelettrico. Questo effetto, spesso di interesse nel campo della ricerca noto come spintronica, sfrutta lo spin di un elettrone, invece della sua carica. Gli spin possono essere potenzialmente manipolati su scale di dimensioni più piccole utilizzando molta meno energia.

La maggior parte degli sforzi si è concentrata sulla riduzione dell'energia delle operazioni di scrittura nelle memorie magnetiche, poiché queste operazioni in genere utilizzano più energia delle operazioni di lettura. Nel 2010, lo stesso team francese e russo ha dimostrato che una combinazione di materiali magnetoelastici e piezoelettrici in una cella di memoria magnetoelettrica potrebbe consentire una riduzione di 100 volte dell'energia necessaria per il processo di scrittura. Nell'ultimo articolo dei ricercatori, mostrano che lo stesso principio magnetoelettrico può essere utilizzato anche per operazioni di lettura a bassissimo consumo energetico.

"Ci siamo concentrati sulle operazioni di lettura in questo documento perché il potenziale per l'energia di scrittura di essere molto basso nei sistemi magnetoelettrici significa che la produzione di energia sarà ora maggiore per le operazioni di lettura, " ha detto Nicolas Tiercelin, coautore dell'articolo e ricercatore scientifico del Centre national de la recherche scientifique (CNRS) che sta conducendo ricerche presso l'Istituto di elettronica, Microelettronica e nanotecnologia a Lille, Francia.

Il nucleo della cella di memoria MELRAM dei ricercatori si basa sulla combinazione delle proprietà di due tipi di materiali accoppiandoli meccanicamente. Le leghe magnetiche, una a base di una combinazione di terbio-cobalto e l'altra a base di ferro e cobalto, con spessori di pochi nanometri sono impilate l'una sull'altra. Le leghe formano un materiale nanocomposito magnetoelastico i cui spin magnetici reagiscono alle sollecitazioni meccaniche.

Queste leghe vengono poi poste su un substrato piezoelettrico, che consiste di ferroelettrici relaxor, materiali esotici che cambiano forma o dimensioni quando sono esposti a un campo elettrico.

"Insieme, questi materiali costituiscono eterostrutture multiferroiche in cui il controllo delle proprietà magnetiche è reso possibile dall'applicazione di una tensione elettrica, " Disse Tiercelin.

"Il multistrato nanocomposito fornisce una forte interazione magnetoelettrica a temperatura ambiente, " disse Vladimir Preobrazenskij, un altro coautore del documento e direttore della ricerca presso il Wave Research Center, Istituto di fisica generale Prokhorov dell'Accademia delle scienze russa a Mosca. "Questa interazione è il meccanismo di base per il controllo degli stati magnetici da parte del campo elettrico. Questa caratteristica della memoria magnetoelettrica è l'origine del suo bassissimo consumo energetico".