परमाणु सैंडविच कंप्यूटर बिजली की खपत को 100 बार कम कर सकते हैं

लॉरेंस बर्कले नेशनल लेबोरेटरी और कॉर्नेल यूनिवर्सिटी के वैज्ञानिकों ने एक नया मल्टीफ़ेरिक विकसित किया है - एक ऐसी सामग्री जो चुंबकीय और विद्युत दोनों गुणों को जोड़ती है। इसकी मदद से, भविष्य में अधिक कंप्यूटिंग शक्ति और कम ऊर्जा खपत वाले उपकरणों की एक नई पीढ़ी बनाना संभव होगा।

मल्टीफ़ाइरिक्स ऐसी सामग्रियां हैं जो तीन गुणों में से कम से कम दो को प्रदर्शित करती हैं: फेरोमैग्नेटिज्म (इस स्थिति को बनाए रखने के लिए चुंबकत्व के दौरान लोहे की संपत्ति), फेरोइलेक्ट्रिज्म (एक सहज द्विध्रुवीय क्षण की घटना), या फेरोएलेस्टिकवाद (सहज विरूपण)। शोधकर्ताओं ने अपने काम में फेरोमैग्नेट और फेरोइलेक्ट्रिक सामग्रियों को सफलतापूर्वक संयोजित किया ताकि कमरे के तापमान के करीब के तापमान पर एक विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके उनके स्थान को नियंत्रित किया जा सके।



अध्ययन के लेखकों ने लोहे के लुटेटियम ऑक्साइड (LuFeO3) की हेक्सागोनल परमाणु फिल्मों का निर्माण किया। सामग्री ने फेरोइलेक्ट्रिक और चुंबकीय गुणों का उच्चारण किया है। इसमें ल्यूटेटियम ऑक्साइड और लौह ऑक्साइड के एकांतर मोनोलयर्स होते हैं। एक "परमाणु सैंडविच" बनाने के लिए, वैज्ञानिकों ने आणविक किरण एपिटॉक्सी तकनीक का रुख किया। इसने दो अलग-अलग सामग्रियों को एक में इकट्ठा करना संभव बना दिया, परमाणु द्वारा परमाणु, परत द्वारा परत। असेंबली के दौरान, यह पाया गया कि यदि आप इन दस विकल्पों में से प्रत्येक दस के माध्यम से लोहे के ऑक्साइड की एक अतिरिक्त परत का परिचय देते हैं, तो आप सामग्री के गुणों को पूरी तरह से बदल सकते हैं और एक स्पष्ट चुंबकीय प्रभाव प्राप्त कर सकते हैं। अपने काम में, उन्होंने एक परमाणु बल माइक्रोस्कोप से 5-वोल्ट सेंसर का इस्तेमाल किया, जो कि फेरोइलेक्ट्रिक्स के ध्रुवीकरण को ऊपर और नीचे करने के लिए, एक सांद्रता वर्ग का ज्यामितीय पैटर्न बनाते हैं।

प्रयोगशाला परीक्षणों से पता चला है कि विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके चुंबकीय और विद्युत परमाणुओं को नियंत्रित किया जा सकता है। प्रयोग 200-300 केल्विन (-73 - 26 डिग्री सेल्सियस) के तापमान पर किया गया था। पिछले सभी विकासों ने केवल कम तापमान पर काम किया। लॉरेंस बर्कले लेबोरेटरी और कॉर्नेल यूनिवर्सिटी द्वारा संयुक्त रूप से बनाई गई मल्टीफ़िज़र, पहली सामग्री है जिसे कमरे के तापमान के करीब तापमान पर नियंत्रित किया जा सकता है। “हमारी नई सामग्री के साथ, केवल चार अब ज्ञात हैं जो कमरे के तापमान पर मल्टीफ़िरोइक के गुणों का प्रदर्शन करते हैं। लेकिन उनमें से केवल एक में चुंबकीय ध्रुवीकरण को एक विद्युत क्षेत्र का उपयोग करके नियंत्रित किया जा सकता है, ”कॉर्नेल विश्वविद्यालय के एक प्रोफेसर डारेल श्लोम ने कहा, जो अध्ययन में मुख्य प्रतिभागियों में से एक है।इस उपलब्धि का उपयोग कम-शक्ति वाले माइक्रोप्रोसेसर, अगली पीढ़ी के डेटा स्टोरेज डिवाइस और इलेक्ट्रॉनिक्स बनाने के लिए किया जा सकता है।

निकट भविष्य में, वैज्ञानिकों ने वोल्टेज सीमा को कम करने की संभावना का पता लगाने की योजना बनाई है, जो ध्रुवीकरण की दिशा को बदलने के लिए आवश्यक है। ऐसा करने के लिए, वे नई सामग्री बनाने के लिए विभिन्न सब्सट्रेट्स के साथ प्रयोग करने जा रहे हैं। बर्कले लॉरेंस नेशनल लेबोरेटरी के उप निदेशक राममूर्ति रमेश ने कहा, "हम यह दिखाना चाहते हैं कि मल्टीफिरोइक आधे वोल्ट के साथ-साथ पांच में भी काम करेगा।" इसके अलावा, वे निकट भविष्य में मल्टीफ़िरोइक पर आधारित एक कार्यशील उपकरण बनाने की उम्मीद करते हैं।

रमेश के लिए, यह पहली उपलब्धि नहीं है। 2003 में, उन्होंने और उनके समूह ने सफलतापूर्वक बनायासबसे प्रसिद्ध मल्टीफ़ैरिक्स में से एक की एक पतली फिल्म - बिस्मथ फेराइट (BiFeO3)। बिस्मथ फेराइट के घने द्रव्यमान एक इन्सुलेट सामग्री हैं, और जिन फिल्मों से इसे अलग किया जा सकता है, वे कमरे के तापमान पर बिजली का संचालन कर सकते हैं। मल्टीफ़िरोक्स बनाने के क्षेत्र में एक और बड़ी उपलब्धि 2003 की भी है। तब तोकुर केमूर की टीम ने इन सामग्रियों के एक नए वर्ग की खोज की , जिसमें चुंबकत्व में फेरोइलेक्ट्रिक गुण होते हैं। यह इन उपलब्धियां थीं जो इस क्षेत्र में मुख्य विचारों के लिए शुरुआती बिंदु बन गईं।

यह एहसास कि इन सामग्रियों में व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए बहुत अधिक संभावनाएं हैं, जिससे मल्टीफ़ेरिक्स का बहुत तेजी से विकास हुआ है। उन्हें आधुनिक अर्धचालक उपकरणों की तुलना में डेटा को पढ़ने और लिखने के लिए बहुत कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, बिजली बंद करने के बाद यह डेटा शून्य नहीं होता है। ये गुण उन उपकरणों को डिज़ाइन करना संभव बनाते हैं जिनके पास आधुनिक उपकरणों के लिए आवश्यक प्रत्यक्ष प्रवाह के बजाय कम बिजली के दालों की आवश्यकता होती है। नई मल्टीफ़ाइरोसिक के रचनाकारों के अनुसार, इस तकनीक का उपयोग करने वाले उपकरण 100 गुना कम बिजली की खपत करेंगे।

आज, वैश्विक ऊर्जा की खपत का लगभग 5% इलेक्ट्रॉनिक्स में है। यदि इस क्षेत्र में निकट भविष्य में गंभीर उपलब्धियां हासिल नहीं की जाती हैं, जिससे ऊर्जा की खपत में कमी आएगी, तो यह आंकड़ा 2030 तक बढ़कर 40-50% हो जाएगा। अमेरिकी ऊर्जा सूचना प्रशासन के अनुसार , 2013 में वैश्विक ऊर्जा की खपत 157.581 TWh थी। 2015 में, चीन की वृद्धि में कमी और संयुक्त राज्य अमेरिका में गिरावट के कारण विश्व खपत में ठहराव देखा गया था।

Source: https://habr.com/ru/post/hi398595/