Sandwich Atom Dapat Mengurangi Konsumsi Daya Komputer hingga 100 Kali

Para ilmuwan dari Lawrence Berkeley National Laboratory dan Cornell University telah mengembangkan multiferroic baru - bahan yang menggabungkan sifat magnetik dan listrik. Dengan bantuannya, di masa mendatang akan dimungkinkan untuk membuat generasi baru perangkat dengan daya komputasi lebih banyak dan konsumsi energi lebih sedikit.

Multiferroics adalah bahan yang menunjukkan setidaknya dua dari tiga sifat: feromagnetisme (sifat besi selama magnetisasi untuk mempertahankan keadaan ini), feroelektrik (terjadinya momen dipol spontan), atau ferroelastik (deformasi spontan). Para peneliti dalam pekerjaan mereka berhasil menggabungkan bahan feromagnet dan feroelektrik sehingga lokasinya dapat dikontrol menggunakan medan listrik pada suhu yang mendekati suhu kamar.



Para penulis penelitian membangun film atom heksagonal dari besi lutetium oksida (LuFeO3). Bahan tersebut memiliki sifat feroelektrik dan magnetik. Ini terdiri dari lapisan tunggal bergantian lutetium oksida dan oksida besi. Untuk membuat "sandwich atom", para ilmuwan beralih ke teknologi epitaksi berkas molekul. Itu memungkinkan untuk merakit dua bahan berbeda menjadi satu, atom demi atom, lapis demi lapis. Selama perakitan, ditemukan bahwa jika Anda memperkenalkan satu lapisan tambahan oksida besi melalui masing-masing sepuluh pergantian ini, Anda dapat sepenuhnya mengubah sifat material dan mendapatkan efek magnetik yang nyata. Dalam pekerjaan mereka, mereka menggunakan sensor 5-volt dari mikroskop kekuatan atom untuk mengubah polarisasi feroelektrik ke atas dan ke bawah, menciptakan pola geometris kotak konsentris.

Tes laboratorium menunjukkan bahwa atom magnetik dan listrik dapat dikontrol menggunakan medan listrik. Percobaan dilakukan pada suhu 200-300 Kelvin (-73 - 26 derajat Celcius). Semua perkembangan sebelumnya hanya bekerja pada suhu yang lebih rendah. Multiferroic, dibuat bersama oleh Laboratorium Lawrence Berkeley dan Universitas Cornell, adalah bahan pertama yang dapat dikontrol pada suhu yang mendekati suhu kamar. “Bersama dengan bahan baru kami, hanya empat yang sekarang diketahui yang menunjukkan sifat multiferroik pada suhu kamar. Tetapi hanya di salah satunya saja polarisasi magnetik dapat dikontrol menggunakan medan listrik, ”kata Darrell Schlom, seorang profesor di Universitas Cornell, yang merupakan salah satu peserta utama dalam penelitian ini.Pencapaian ini selanjutnya dapat digunakan untuk membuat mikroprosesor berdaya rendah, perangkat penyimpanan data generasi baru, dan elektronik.

Dalam waktu dekat, para ilmuwan berencana untuk mengeksplorasi kemungkinan menurunkan ambang tegangan, yang diperlukan untuk mengubah arah polarisasi. Untuk melakukan ini, mereka akan melakukan percobaan dengan berbagai media untuk membuat bahan baru. "Kami ingin menunjukkan bahwa multiferroic akan bekerja pada setengah volt dan juga pada lima volt," kata Ramamurti Ramesh, wakil direktur Laboratorium Nasional Berkeley Lawrence. Selain itu, mereka berharap dapat membuat perangkat yang berfungsi berdasarkan multiferroik dalam waktu dekat.

Bagi Ramesh, ini bukan prestasi pertama. Pada tahun 2003, ia dan kelompoknya berhasil dibuatfilm tipis dari salah satu multiferroics paling terkenal - bismuth ferrite (BiFeO3). Massa padat ferit bismut adalah bahan isolasi, dan film yang dapat dipisahkan darinya dapat menghantarkan listrik pada suhu kamar. Prestasi besar lainnya dalam bidang menciptakan multiferroics juga dimulai pada tahun 2003. Kemudian tim Tokur Kemur menemukan kelas baru dari bahan-bahan ini, di mana magnetisme menyebabkan sifat feroelektrik. Prestasi inilah yang menjadi titik awal untuk ide-ide utama di bidang ini.

Kesadaran bahwa bahan-bahan ini memiliki potensi besar untuk aplikasi praktis telah menyebabkan perkembangan multiferroics yang sangat cepat. Mereka membutuhkan energi yang jauh lebih sedikit untuk membaca dan menulis data daripada perangkat semikonduktor modern. Selain itu, data ini tidak berubah menjadi nol setelah mematikan daya. Properti ini memungkinkan untuk merancang perangkat yang memiliki pulsa listrik yang cukup pendek daripada arus searah yang diperlukan untuk perangkat modern. Menurut pencipta multiferroic baru, perangkat yang menggunakan teknologi ini akan mengkonsumsi listrik 100 kali lebih sedikit.

Saat ini, sekitar 5% dari konsumsi energi global adalah elektronik. Jika pencapaian serius di bidang ini tidak tercapai dalam waktu dekat, yang akan mengarah pada pengurangan konsumsi energi, angka ini akan meningkat menjadi 40-50% pada tahun 2030. Menurut Administrasi Informasi Energi AS , pada 2013, konsumsi energi global adalah 157,581 TWh. Pada 2015, stagnasi konsumsi dunia diamati karena penurunan pertumbuhan di Tiongkok dan penurunan di AS.

Source: https://habr.com/ru/post/id398595/