Как гудение люминесцентных ламп заставит работать новые компьютеры

Новый материал может стать большим подспорьем для разработчиков компьютерных микросхем. Его необычная способность расширяться и сжиматься в ответ на крошечные импульсы электрического тока привлекла внимание ученых, которые изучают возможность замены технологии КМОП.

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.

Новый материал с увеличенной магнитострикцией — свойством, которое вызывает гудение люминесцентных ламп, — позволит создать энергоэффективную электронику

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.