Wspólnotowy Serwis Informacyjny Badan i Rozwoju - CORDIS

Właściwości magnetyczne nowego materiału nanoporowatego do przechowywania danych przyciągają uwagę

Zważywszy na fakt, że około 90% danych na świecie zostało wygenerowanych w ciągu minionych dwóch lat, istnieje pilne zapotrzebowanie na wydajniejsze przechowywanie i transfer danych. Nanokompozytowy prototyp, opracowany w ramach finansowanego ze środków UE projektu SPIN-PORICS, może przynieść rozwiązanie.
Właściwości magnetyczne nowego materiału nanoporowatego do przechowywania danych przyciągają uwagę
Urządzenia elektroniczne przechowujące informacje za pomocą magnetyzacji polegają na komutacji magnetycznej, co umożliwiają zazwyczaj zlokalizowane pola magnetyczne (generowane za pomocą indukcji elektromagnetycznej) lub prądy elektryczne o spolaryzowanym spinie (moment obrotowy transferu spinu). Niemniej obydwa systemy wymagają prądu elektrycznego o stosunkowo wysokim natężeniu, który ogrzewa materiał, co skutkuje znaczącą utratą energii z powodu rozpraszania ciepła, czyli tak zwanego zjawiska Joule’a.

Efektywność energetyczna może wzrosnąć, jeżeli niezbędne pola magnetyczne i prąd elektryczny zostaną osłabione. Można to osiągnąć poprzez obniżenie koercji magnetycznej (zdolności do stawienia oporu zewnętrznemu polu magnetycznemu bez rozmagnesowania) pobudzonego materiału. Istotny sukces w ramach najnowszych postępów w tej dziedzinie został odniesiony jedynie poniżej 300 kelwinów i tylko z ultracienkimi warstwami lub nanocząstkami. Tymczasem partnerzy finansowanego ze środków UE projektu SPIN-PORICS ogłosili niedawno, że stworzyli z powodzeniem nowy materiał o właściwościach gąbki, obiecując podjęcie dalszych prac.

Nowy prototyp nanokompozytowy

Zespół projektu SPIN-PORICS (Merging Nanoporous Materials with Energy-Efficient Spintronics) informuje w czasopiśmie Advanced Funcina Materials, że opracował pierwsze prototypy nanoporowatych pamięci magnetycznych, opartych na stopach miedzi i niklu (CuNi). Wnętrze tych warstw CuNi ma strukturę gąbki, a odstępy między porami wynoszą zaledwie 5 albo 10 nanometrów, ograniczając przestrzeń w ścianach porów do kilkudziesięciu atomów. Ta nanoporowata warstwa została wypełniona materiałem dielektrycznym, którego właściwości magnetyczne dostrojono do temperatury pokojowej za pomocą ciekłych elektrolitów w celu doprowadzenia napięcia.

Zespół projektu informuje, że jest w stanie zredukować koercję magnetyczną o 35%, osiągając zużycie energii wymagane do przekierowania domen magnetycznych, co jest niezbędne do zapisywania danych. Osiągnięcie tego wyniku umożliwia nanoporowata struktura, dzięki której cała warstwa – nie tylko powierzchnia – ma swój udział w elektromagnetycznym efekcie.

Podsumowując sukces prototypu, koordynator projektu, profesor Jordi Sort, powiedział: „Nanopory we wnętrzu nanoporowatych materiałów zapewniają ogromną powierzchnię. Dzięki tej rozległej powierzchni na bardzo małej przestrzeni możemy doprowadzić napięcie z baterii i znacząco obniżyć energię potrzebną do ukierunkowania domen magnetycznych i zapisu danych. To nowy paradygmat w oszczędzaniu energii komputerów oraz w obliczeniach i obsłudze danych magnetycznych w ogóle”.

Wprowadzanie nowego paradygmatu w spintronice

Rewolucja cyfrowa polega na zwiększaniu pojemności dysku twardego i prędkości przetwarzania danych, a obydwie te cechy skorzystały na postępach w zakresie magnetyzmu i spintroniki (elektroniki transportu spinu – wykorzystującej spin elektronu i magnetyzację). Szerzej, postępy w technologiach informacyjno-komunikacyjnych zależą od przezwyciężenia braku wydajności energetycznej urządzeń magnetoelektronicznych. Szacuje się na przykład, że w przypadku komputerów 40% energii ulega utracie z powodu rozpraszania ciepła. Dlatego przedsiębiorstwa takie, jak Google, decydują się na umieszczanie swoich serwerów pod wodą lub w krajach nordyckich, aby korzystać z niskich temperatur.

Zespół SPIN-PORICS przewiduje, że na nowym materiale nanokompozytowym skorzystają zasadniczo trzy zastosowania technologiczne: zapisywanie magnetyczne wspomagane elektrycznie, komutacja napięciowa pamięci magnetycznych o dostępie swobodnym oraz spinowe tranzystory polowe. Zważywszy na fakt, że niektóre obliczenia sugerują, iż zastąpienie napięcia prądem elektrycznym w systemach przetwarzania danych mogłoby zredukować koszty o współczynnik 1/500, ten nowy paradygmat może mieć istotny wpływ ekonomiczny. Jak zauważa profesor Jordi Sort: „Wprowadzenie tego materiału do pamięci komputerów i urządzeń mobilnych może mieć wiele zalet, głównie pod względem bezpośredniej energooszczędności komputerów i znaczącego wzrostu autonomii urządzeń mobilnych”.

Więcej informacji:
strona projektu w serwisie CORDIS

Źródło: Na podstawie informacji uzyskanych z projektu i doniesień medialnych

Powiązane informacje

Śledź nas na: RSS Facebook Twitter YouTube Zarządzany przez Urząd Publikacji UE W górę