Chip Magnetoelectric untuk Memberdayakan Generasi Baru Perangkat Komputer yang Lebih Efisien

Memanfaatkan Dengungan Lampu Fluoresen untuk Komputasi yang Lebih Efisien

Properti yang membuat lampu neon berkedip dapat memberi daya pada perangkat komputasi generasi baru yang lebih efisien yang menyimpan data dengan medan magnet, bukan listrik.

Sebuah tim yang dipimpin oleh para peneliti di Universitas Michigan telah mengembangkan bahan yang setidaknya dua kali lebih “magnetostriktif” dan jauh lebih murah daripada bahan lain di kelasnya. Selain komputasi, ini juga dapat menghasilkan sensor magnet yang lebih baik untuk perangkat medis dan keamanan.

Magnetostriksi, yang menyebabkan dengungan lampu fluoresen dan transformator listrik, terjadi ketika bentuk suatu material dan medan magnet dihubungkan – yaitu, perubahan bentuk menyebabkan perubahan medan magnet. Properti ini bisa menjadi kunci bagi perangkat komputasi generasi baru yang disebut magnetoelectrics.

Chip magnetoelektrik dapat melakukan segalanya mulai dari pusat data besar hingga ponsel yang jauh lebih hemat energi, mengurangi kebutuhan listrik infrastruktur komputer global.

Terbuat dari kombinasi besi dan galium, bahan tersebut dijelaskan dalam artikel yang diterbitkan hari ini (12 Mei 2021) di Komunikasi alam. Tim ini dipimpin oleh profesor ilmu dan teknik material UM John Heron dan termasuk para peneliti Intel; Universitas Cornell; Universitas California, Berkeley; Universitas Wisconsin; Universitas Purdue dan tempat lain.

Perangkat magnetoelektrik menggunakan medan magnet sebagai pengganti listrik untuk menyimpan data digital dan nol biner. Denyut listrik kecil menyebabkannya mengembang atau berkontraksi sedikit, memancarkan medan magnetnya dari positif ke negatif atau sebaliknya. Karena mereka tidak membutuhkan aliran listrik yang stabil, seperti chip masa kini, mereka menggunakan sebagian kecil energi.

“Kunci untuk membuat perangkat magnetoelektrik bekerja adalah menemukan bahan yang sifat listrik dan magnetnya terkait.” Kata Heron. “Dan lebih banyak magnetostriksi berarti sebuah chip dapat melakukan pekerjaan yang sama dengan lebih sedikit energi.”

Perangkat magnetoelektrik yang lebih murah dengan sepuluh peningkatan

Sebagian besar bahan magnetostriktif saat ini menggunakan elemen tanah jarang, yang terlalu langka dan mahal untuk digunakan dalam jumlah yang dibutuhkan untuk perangkat komputasi. Tetapi tim Heron menemukan cara untuk menghilangkan magnetostriksi tingkat tinggi dari besi dan galium dengan harga yang bagus.

Biasanya, Heron menjelaskan, magnetostriksi besi-galium lega meningkat karena lebih banyak galium ditambahkan. Tetapi peningkatan level ini dan akhirnya mulai menurun ketika jumlah galium yang lebih tinggi mulai membentuk struktur atom yang teratur.

Jadi tim peneliti menggunakan proses yang disebut epitaksi berkas molekul suhu rendah untuk membekukan atom di tempatnya, mencegahnya membentuk struktur yang teratur ketika lebih banyak galium ditambahkan. Dengan cara ini, Heron dan timnya mampu menggandakan jumlah galium dalam material, mengkompensasi peningkatan sepuluh kali lipat dalam magnetostriksi dibandingkan dengan paduan besi-gallium yang tidak dimodifikasi.

“Epitaksi berkas molekul suhu rendah adalah teknik yang sangat berguna – ini seperti cat semprot dengan atom individu,” kata Heron. “Dan ‘penyemprotan’ material pada permukaan yang sedikit berubah bentuk saat tegangan diterapkan juga memfasilitasi pengujian sifat magnetostriktifnya.”

Peneliti bekerja dengan program MESO Intel

Perangkat magnetoelektrik yang dibuat dalam penelitian ini memiliki ukuran beberapa mikron – besar menurut standar komputasi. Tetapi para peneliti bekerja dengan Intel untuk menemukan cara untuk menguranginya menjadi dimensi yang lebih berguna yang akan kompatibel dengan program magnetelektrik spin-orbit (atau MESO) perusahaan, yang tujuannya adalah untuk mendorong perangkat magnetoelektrik ke arus utama.

“Intel sangat besar dalam hal skala dan inti dari pembuatan teknologi benar-benar bekerja pada skala super kecil dari sebuah chip komputer,” kata Heron. “Mereka sangat berinvestasi dalam proyek ini dan kami bertemu dengan mereka secara teratur untuk mendapatkan umpan balik dan ide tentang bagaimana meningkatkan teknologi ini agar berguna dalam chip komputer yang disebut MESO.”

Sementara perangkat yang menggunakan materi mungkin beberapa dekade lagi, laboratorium Heron telah mengajukan gugatan paten melalui UM Office of Technology Transfer.

Referensi: “Rekayasa batas baru magnetostriksi untuk metastabilitas dalam paduan besi-gallium” oleh PB Meisenheimer, RA Steinhardt, SH Sung, LD Williams, S. Zhuang, ME Nowakowski, S. Novakov, MM Torunbalci, B. Prasad, CJ Zollner , Z. Wang, NM Dawley, J. Schubert, AH Hunter, S. Manipatruni, DE Nikonov, IA Young, LQ Chen, J. Bokor, SA Bhave, R. Ramesh, J.-M. Hu, E. Kioupakis, R. Hovden, DG Schlom dan JT Heron, 12 Mei 2021, Komunikasi Alam.
DOI: 10.1038 / s41467-021-22793-x

Penelitian ini didukung oleh IMRA America dan National Science Foundation (nomor hibah NNCI-1542081, EEC-1160504 DMR-1719875 dan DMR-1539918).

Peneliti lain di atas kertas termasuk profesor UM bidang ilmu dan teknik material Emmanouil Kioupakis; Asisten Profesor Ilmu dan Teknik Material Robert Hovden; dan asisten peneliti untuk mahasiswa pascasarjana UM Peter Meisenheimer dan Suk Hyun Sung.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Menyelidiki lebih dalam tentang asal usul sinar kosmik dengan gerakan Brown geometris

Representasi skema sinar kosmik yang merambat melalui awan magnetik. Kredit: Salvatore Buonocore Model simulasi menyediakan langkah pertama dalam mengembangkan algoritma untuk meningkatkan metode deteksi. Sinar...

Penyerapan elektron terpisah yang ditangkap dalam film

Film menangkap gambar penangkapan elektron terpisah. Kredit: Javier Marmolejo Para peneliti di Universitas Gothenburg telah mengamati penyerapan satu elektron oleh tetesan melayang dengan amplitudo...

Perlindungan probiotik? Bakteri Usus Ditemukan Melindungi Usus Terhadap Virus COVID-19

Para peneliti dari Universitas Yonsei di Korea Selatan telah menemukan bahwa bakteri tertentu yang hidup di usus manusia mengeluarkan obat yang menghambat SARS-CoV-2. ...

Menggali sejarah populasi Neanderthal menggunakan DNA nuklir purba dari sedimen gua

Galeri patung gua di Spanyol utara. Penulis: Javier Trueba - film sains Madrid DNA mitokondria manusia purba telah diekstraksi dari deposit gua, tetapi nilainya...

Sakelar Semikonduktor Berpanduan Laser untuk Komunikasi Generasi Selanjutnya

Insinyur Laboratorium Nasional Lawrence Livermore telah menemukan jenis baru sakelar semikonduktor yang digerakkan oleh laser yang secara teoritis dapat mencapai kecepatan lebih tinggi pada...

Newsletter

Subscribe to stay updated.