Material, das einem metallischen Nanoschwamm ähnelt, könnte den Energieverbrauch des Computers auf ein Minimum reduzieren

Anonim

Forscher des UAB haben in Zusammenarbeit mit dem ICN2 ein nanoporöses Material auf Basis einer Kupfer- und Nickellegierung entwickelt, dessen Struktur der eines Schwamms mit millionstel Millimeter großen Poren ähnelt, der eine Handhabung und Lagerung ermöglicht Informationen mit sehr wenig Energie. Diese Nanoschwämme könnten die Grundlage für neue magnetische Speicher für Computer und Mobiltelefone mit einer höheren Energieeffizienz als die derzeit existierenden sein.

Um Informationen in den herkömmlichen Magnetspeichern elektronischer Geräte zu speichern, arbeiten die kleinen magnetischen Domänen der Materialien nach oben oder unten entsprechend den Magnetfeldern. Um diese Felder zu erzeugen, ist es notwendig, elektrische Ströme zu erzeugen, aber diese Ströme erwärmen Materialien und es wird viel Energie verbraucht, um sie zu kühlen. Praktisch 40 Prozent der elektrischen Energie, die in Computer (oder "Big Data" -Server) fließt, wird als Wärme abgegeben.

Im Jahr 2007 beobachteten französische Wissenschaftler, dass, wenn die magnetischen Materialien in ultradünne Schichten gebracht werden und Spannung angelegt wird, die Menge an Strom und Energie, die benötigt wird, um die magnetischen Domänen zu zeigen, um 4 Prozent reduziert wurde. Diese geringfügige Verringerung war jedoch nicht signifikant genug, um auf Vorrichtungen angewendet zu werden.

Ein Forschungsteam um Jordi Sort, ICREA - Forscher und Dozent der Fakultät für Physik an der Universitat Autònoma de Barcelona, ​​hat in Zusammenarbeit mit dem katalanischen Institut für Nanowissenschaften und Nanotechnologie (ICN2) nach einer Lösung gesucht, die auf den magnetischen Eigenschaften von ein neues nanoporöses Material, das diese Oberfläche erhöhen könnte. Der neue Werkstoff, der diese Woche in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials vorgestellt wird, besteht aus nanoporösen Filmen aus Kupfer und Nickellegierungen, die so angeordnet sind, dass das Innere Oberflächen und Löcher ähnlich der Innenseite eines Schwamms, aber mit einer Trennung bildet zwischen Poren von nur 5 oder 10 Nanometern. Mit anderen Worten, die Wände der Poren enthalten genug Platz für nur ein paar Dutzend Atome.

"Es gibt viele Forscher, die nanoporöse Materialien anwenden, um physikalisch-chemische Prozesse zu verbessern, etwa bei der Entwicklung neuer Sensoren, aber wir haben untersucht, was diese Materialien dem Elektromagnetismus bieten können", erklärt Jordi Sort. "Die Nanoporen auf der Innenseite von nanoporösen Materialien bieten eine große Oberfläche. Mit dieser riesigen Oberfläche, die auf sehr kleinem Raum konzentriert ist, können wir die Spannung einer Batterie aufbringen und die Energie zur Ausrichtung der magnetischen Domänen und Aufzeichnung von Daten enorm reduzieren. Dies ist ein neues Paradigma für die Energieeinsparung von Computern und für die Datenverarbeitung und den Umgang mit magnetischen Daten im Allgemeinen ", sagt Jordi Sort.

UAB-Forscher haben die ersten Prototypen nanoporöser magnetischer Speicher auf der Basis von Kupfer und Nickellegierungen (CuNi) gebaut und dabei sehr zufriedenstellende Ergebnisse erzielt. Die magnetische Koerzitivkraft wurde um 35 Prozent reduziert, was dem Energieverbrauch für die Reorientierung der magnetischen Domänen entspricht und Daten aufzeichnen.

In diesen ersten Prototypen verwendeten die Forscher die Spannung mit flüssigen Elektrolyten, arbeiten aber jetzt an festen Materialien, die bei der Implementierung der Geräte auf dem Markt helfen könnten. Laut Jordi Sort "kann die Implementierung dieses Materials in die Speicher von Computern und mobilen Geräten viele Vorteile bieten, vor allem bei der direkten Energieeinsparung für Computer und der beträchtlichen Erhöhung der Autonomie mobiler Geräte."

Die Entwicklung neuer nanoelektronischer Geräte mit verbesserter Energieeffizienz ist eine der strategischen Leitlinien des Programms Horizont 2020 der Europäischen Union. Nach einigen Schätzungen können, wenn der elektrische Strom in Datenverarbeitungssystemen vollständig durch Spannung ersetzt wird, die Energiekosten um den Faktor 1/500 reduziert werden. Tatsächlich befinden sich Computerserver großer Unternehmen wie Google und Facebook unter Wasser oder in nordischen Ländern, in denen die Temperaturen sehr niedrig sind, um den Heiz- und Energieverbrauch zu senken.

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