Как гудение люминесцентных ламп заставит работать новые компьютеры

В современных КМОП-транзисторах сопротивление полупроводника изменяется при приложении напряжения к изолирующему затвору. Этот механизм переключения долгое время был основой электронных устройств, оставаясь доминирующим даже после того, как транзисторы уменьшились до нанометровых размеров. Однако снижение напряжения и скорость затвора не поспевают за уменьшением размера кристалла, и дальнейшее снижение рабочих напряжений маловероятно из-за так называемого предела Больцмана (предел регулирования тока). Поэтому исследователи и ищут альтернативные технологии.

Направление исследований касается магнитострикции. Магнитострикция — свойство магнитных материалов, которое вызывает гудение люминесцентных ламп и электрических трансформаторов. Это свойство заставляет материалы изменять форму или размеры при изменении магнитного поля.

Новый материал, разработанный учеными Мичиганского университета, имеет магнитострикцию в два раза больше аналогов и стоит намного дешевле. Благодаря ему стало возможно создание магнитострикционных чипов, которые сократят потребление энергии широким спектром электроники, от смартфонов до огромных центров обработки данных.

Устройства нового поколения будут использовать электрически индуцированные магнитные поля для хранения цифровых единиц и нулей двоичных данных. В отличие от традиционной технологии КМОП, им не потребуется постоянное электроснабжение, а следовательно, они будут потреблять гораздо меньше энергии.

Ключом к тому, чтобы заставить магнитоэлектрические устройства работать, является поиск материалов, электрические и магнитные свойства которых взаимосвязаны. Исследователи уже создали устройства размером всего несколько микрон, но они просто гигантские по компьютерным стандартам. Сейчас ученые пытаются выяснить, как уменьшить магнитоэлектрические микросхемы и сделать их более полезными.

Большинство магнитоэлектрических материалов обычно изготавливают из редкоземельных элементов. Но их добыча наносит ущерб экологии, а также они очень дорогие,  что делает непрактичным их использование для вычислительных устройств в широком масштабе.

Новый материал состоит из элементов железа и галлия. В основе его производства лежит процесс, который по сути замораживает атомы на месте, чтобы изменить количество галлия в структуре. Разработчики удвоили количество галлия, и это увеличило магнитострикцию в десять раз. Сами они признают, что могут пройти даже десятилетия, прежде чем устройство, использующее этот материал, выйдет в широкие массы. Но в итоге это все равно произойдет.