西班牙研究人員開發(fā)出新型海綿狀納米多孔鎳銅合金磁性材料

       近期，西班牙巴塞羅那自治大學(xué)（UAB）的研究人員與加泰羅尼亞納米科學(xué)與納米技術(shù)研究所（ICN2）合作，共同開發(fā)出銅鎳合金納米海綿材料。該材料具有類似海綿的孔徑尺寸在微米量級的多孔結(jié)構(gòu)，能利用極低的能量處理和存儲信息，可用來制造能量效率更高的新型磁存儲器，應(yīng)用于計算機(jī)和移動電話中。

        當(dāng)前電子設(shè)備中的傳統(tǒng)磁存儲器利用磁場作用下材料中微小磁疇向上或向下的指向來進(jìn)行數(shù)字信息存儲。為了產(chǎn)生磁場，必須先產(chǎn)生電流，然而，電流流經(jīng)材料會產(chǎn)生大量熱量，必須消耗大量能量對材料進(jìn)行冷卻。事實(shí)上，輸入到計算機(jī)（或“大數(shù)據(jù)”服務(wù)器）內(nèi)的電能約有40%會以熱量的形式散失。

      2007年，曾有法國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，將磁性材料放入超薄層中并施加電壓，可將用于控制磁疇指向的電流和能量消耗降低4%。然而，如此微小的改善還不足以應(yīng)用于實(shí)際器件中。

      UAB和ICN2的研究人員找到了一種基于新型納米多孔磁性材料的解決方案。研究成果已發(fā)表在*新一期的《先進(jìn)功能材料》上。新材料是一種具有納米多孔結(jié)構(gòu)的銅鎳合金薄膜，其內(nèi)部機(jī)構(gòu)如同海綿由很多的曲面和孔洞構(gòu)成，與海綿不同的是這些孔洞的間距僅有5到10納米。換句話說，孔洞間壁僅能容納幾十個原子。

      研究人員指出，現(xiàn)在有很多研究人員都在利用納米多孔材料來改善器件的物理化學(xué)性質(zhì)，如新型傳感器的研發(fā)等。但是能夠通過納米多孔材料改善器件電磁特性的還尚屬*。納米多孔材料內(nèi)部的孔洞提供了大量的表面。研究人員將如此巨大的表面集中在極小的空間內(nèi)，極大降低了磁疇定向和數(shù)據(jù)記錄所需的能量。開創(chuàng)了以極低功耗運(yùn)行計算機(jī)和進(jìn)行磁性數(shù)據(jù)處理的全新范式。

      基于新材料，UAB的研究人員已經(jīng)開發(fā)出*銅鎳合金納米多孔磁性存儲器原型。經(jīng)測試，該器件性能達(dá)到了令人十分滿意的結(jié)果。其磁矯頑力減小了35%，該參數(shù)與磁疇重定向和數(shù)據(jù)記錄所需的能量消耗有關(guān)。在該原型器件中，研究人員使用液態(tài)電解質(zhì)對電壓。現(xiàn)在，他們正在開發(fā)可用于市場電子器件的固態(tài)材料。在計算機(jī)和移動設(shè)備中應(yīng)用該新型磁存儲器，將使設(shè)備更加節(jié)能，極大地增強(qiáng)了移動設(shè)備的自主性。

      開發(fā)高能量效率新型納電子器件，是歐盟“地平線2020”計劃的戰(zhàn)略路線之一。據(jù)估計，如果將數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中的電流控制全部換成電壓控制，則系統(tǒng)工作能耗將減小500倍。事實(shí)上，目前各大公司，如Google和Facebook等，的計算機(jī)服務(wù)器都位于水下或者北歐國家。因?yàn)檫@些地方的溫度非常低，有助于減少系統(tǒng)熱量及能量損耗。