«Атомічні сендвічі» можуть зменшити споживання електроенергії на 100 разів Bashny.Net

Вчені з Національного лабораторію Лоренс Берклі та Корнельського університету розробили новий мультиферотичний матеріал, який поєднує як магнітні, так і електричні властивості. З його допомогою в майбутньому можна створити нове покоління пристроїв з більшою кількістю енергоспоживання.

Багатофероніка – це матеріали, які експонують принаймні два трьох властивостей: феромагнетизм ( властивість заліза при намагнічених для підтримки цієї держави), фероелектризм (поява спонтанного дипольного моменту) або феропластізму (податкова деформація). Вчені успішно поєднуються феромагнітні та фероелектричні матеріали, щоб їх розташування було контрольоване електричним полем при температурі близько до кімнатної температури.



Автори дослідження розроблені шестикутні атомні плівки оксиду заліза (ЛуФеО3). Матеріал має виражені фероелектричні і магнітні властивості. Складається з чергування моношарових оксиду луетію та оксиду заліза. Для створення атомного сендвіча вчені перетворилися на технологію молекулярно-бетового епітаксису. Допускається два різних матеріалів, які будуть зібрані в одну, атом, шар за шаром. Під час складання було встановлено, що якщо один додатковий шар оксиду заліза вводиться через кожні десятки таких чергування, то можна повністю змінити властивості матеріалу і отримати виражений магнітний ефект. У своїй роботі використовується 5-вольтовий датчик від атомного силового мікроскопа для перемикання поляризації фероелектриків вгору і вниз, створення геометричного візерунка концентричних квадратів.

Лабораторні тести показали, що магнітні та електричні атоми можна контролювати за допомогою електромережі. Експеримент був проведений при температурі 200-300 Келвін (-73-26 градусів Кельсія). Всі попередні розробки працювали тільки при низьких температурах. Багатоферотичний, створений спільно з Лабораторним університетом Лоуренс Берклі, є першим матеріалом, який можна контролювати при кімнатній температурі. «Все з нашим новим матеріалом, тільки чотири відомі для експонування різнокольорових властивостей при кімнатній температурі». Але лише одна з них магнітна поляризація може бути керована електричним полем, нотаріус Даррелл Шум, професором Університету Корнелл, який є одним з основних учасників дослідження. Цей досягнення можна використовувати для створення мікропроцесорів з низьким рівнем споживання енергії, зберігання пристроїв та електроніки наступного покоління.



У найближчому майбутньому дослідники планують вивчити можливість зменшення порогу напруги, необхідної для зміни напрямку поляризації. Для цього вони будуть експериментувати з різними субстратами для створення нових матеріалів. «Ми хочемо показати, що багатоферотична буде працювати на половині вольта, а також на п'ять років», - сказав Рамамурті Рамеш, заступник директора Національної лабораторії Лоренса Берклі. Крім того, вони очікують на створення робочого пристрою на основі мультиферотичної в найближчому майбутньому.

Це не перший досягнення Рамешу. У 2003 році він і його команда успішно створили тонку плівку одного з найвідоміших мультифероок, бісмутних ферит (BiFeO3). щільні маси бісмутного заліза - це ізоляційний матеріал, а фільми, які можуть бути ізольовані від нього, можуть проводити електрику при кімнатній температурі. Ще одним великим досягненням у галузі мультиферотики є також у 2003 році. Команда Tokur потім виявила новий клас цих матеріалів, в яких магнітізм викликає фероелектричні властивості. Саме ці досягнення, які стали початковою точкою для основних ідей в цій галузі.

Реалізація, що ці матеріали мають великий потенціал для практичних додатків призвело до надзвичайно швидкого розвитку мультиферотики. Вони вимагають значно менше енергії для читання та запису даних, ніж сучасні напівпровідникові пристрої.

Крім того, ці дані не можуть переходити до нуля після виходу потужності. Ці властивості дають можливість створювати пристрої, які будуть заглушувати для коротких електричних імпульсів замість прямого струму, необхідного для сучасних пристроїв. За словами творців нової мультиферотичної, пристрої з використанням цієї технології споживають 100 разів менше електроенергії.

Сьогодні, близько 5% енергоспоживання світу з електроніки. У найближчому майбутньому, що знизить споживання енергії, цей показник зросте до 40-50% до 2030 року. За даними Адміністрації енергетичної інформації США, глобальне споживання електроенергії було 157,581 TWh у 2013 році. У 2015 році глобальне споживання застою внаслідок повільного зростання в Китаї та поступки в США.



Джерело: geektimes.ru/post/281776/