La proprietà che fa ronzare le luci fluorescenti potrebbe alimentare una nuova generazione di dispositivi informatici più efficienti che memorizzano dati con campi magnetici, piuttosto che elettricità.

Un team guidato da ricercatori dell'Università del Michigan ha sviluppato un materiale che è almeno due volte più "magnetostrittivo" e molto meno costoso di altri materiali della sua categoria. Oltre all'informatica, potrebbe anche portare a sensori magnetici migliori per dispositivi medici e di sicurezza.

Magnetostrizione, che provoca il ronzio delle luci fluorescenti e dei trasformatori elettrici, si verifica quando la forma di un materiale e il campo magnetico sono collegati, ovvero un cambiamento di forma provoca un cambiamento nel campo magnetico. La proprietà potrebbe essere la chiave per una nuova generazione di dispositivi informatici chiamati magnetoelettrici.

I chip magnetoelettrici potrebbero rendere tutto, dai grandi data center ai telefoni cellulari, molto più efficiente dal punto di vista energetico, tagliando il fabbisogno elettrico dell'infrastruttura informatica mondiale.

Fatto di una combinazione di ferro e gallio, il materiale è dettagliato in un articolo pubblicato il 12 maggio in Comunicazioni sulla natura . Il team è guidato dal professore di scienza dei materiali e ingegneria della U-M John Heron e comprende ricercatori di Intel; Università Cornell; Università della California, Berkeley; Università del Wisconsin; Purdue University e altrove.

I dispositivi magnetoelettrici utilizzano campi magnetici invece dell'elettricità per memorizzare gli uni e gli zeri digitali dei dati binari. Piccoli impulsi di elettricità li fanno espandere o contrarsi leggermente, capovolgendo il loro campo magnetico da positivo a negativo o viceversa. Poiché non richiedono un flusso costante di elettricità, come fanno le patatine di oggi, usano una frazione dell'energia.

"Una chiave per far funzionare i dispositivi magnetoelettrici è trovare materiali le cui proprietà elettriche e magnetiche siano collegate". disse Airone. "E più magnetostrizione significa che un chip può fare lo stesso lavoro con meno energia".

Dispositivi magnetoelettrici più economici con un miglioramento di dieci volte

La maggior parte dei materiali magnetostrittivi odierni utilizzano elementi di terre rare, che sono troppo scarse e costose per essere utilizzate nelle quantità necessarie per i dispositivi informatici. Ma il team di Heron ha trovato un modo per ottenere alti livelli di magnetostrizione da ferro e gallio poco costosi.

ordinariamente, spiega Airone, la magnetostrizione della lega ferro-gallio aumenta con l'aggiunta di più gallio. Ma questi aumenti si stabilizzano e alla fine iniziano a diminuire man mano che le quantità più elevate di gallio iniziano a formare una struttura atomica ordinata.

Quindi il team di ricerca ha utilizzato un processo chiamato epitassia a fascio molecolare a bassa temperatura per congelare essenzialmente gli atomi sul posto, impedendo loro di formare una struttura ordinata man mano che veniva aggiunto più gallio. Per di qua, Heron e il suo team sono stati in grado di raddoppiare la quantità di gallio nel materiale, compensando un aumento di dieci volte della magnetostrizione rispetto alle leghe ferro-gallio non modificate.

"L'epitassia a raggio molecolare a bassa temperatura è una tecnica estremamente utile, è un po' come la verniciatura a spruzzo con singoli atomi, " Ha detto Heron. "E la 'verniciatura a spruzzo' del materiale su una superficie che si deforma leggermente quando viene applicata una tensione ha anche reso facile testare le sue proprietà magnetostrittive".

I ricercatori stanno lavorando con il programma MESO di Intel

I dispositivi magnetoelettrici realizzati nello studio hanno dimensioni di diversi micron, grandi per gli standard di calcolo. Ma i ricercatori stanno lavorando con Intel per trovare modi per ridurli a una dimensione più utile che sarà compatibile con il programma del dispositivo magnetoelettrico spin-orbita (o MESO) dell'azienda, uno dei quali è quello di spingere i dispositivi magnetoelettrici nel mainstream.

"Intel è eccezionale nel ridimensionare le cose e nei dadi e bulloni per far funzionare una tecnologia su scala super piccola di un chip per computer, " Ha detto Heron. "Sono molto coinvolti in questo progetto e ci incontriamo regolarmente con loro per ottenere feedback e idee su come potenziare questa tecnologia per renderla utile nei chip per computer che chiamano MESO".

Mentre un dispositivo che utilizza il materiale è probabilmente lontano decenni, Il laboratorio di Heron ha presentato istanza di protezione del brevetto tramite l'U-M Office of Technology Transfer.

Il documento è intitolato "Ingegneria di nuovi limiti alla magnetostrizione attraverso la metastabilità nelle leghe di ferro-gallio".