电磁突破可以降低功耗，提高数字存储器的速度

电磁突破可以降低功耗，提高数字存储器的速度。克里斯蒂安·比内克（Christian Binek）说，“达到这一点是一个非常痛苦的过程。”

由Binek，Peter Dowben和Alexei Gruverman领导的内布拉斯加州大学林肯分校寻求Binek所称的“圣杯”：一种量子材料，其磁态可以仅通过电手段改变，并且在高于室温的条件下。

在化学杂质和更少的顿悟的帮助下，该团队精心设计了能够做到这一点的纳米材料和微观结构。正如Binek所看到的那样，这种材料含少量杂质的氧化铬，可以预示着数字存储器和处理器的出现，这些存储器和处理器的耗电量远低于现代同类产品，而运行速度甚至可能更快。

氧化铬属于一种专有的材料，具有一种称为反铁磁性的现象。

任何磁性材料中的原子都像微小的条形磁铁一样工作，每个磁铁都有一个北极和一个南极。传统上被认为是磁性的大多数材料实际上都是铁磁性的，每个原子的磁极指向相同的方向以产生易于测量的磁场。

相反，反铁磁体具有交替排列的原子列，这些原子的极点指向相反的方向（例如，上下-上下-上下），并且彼此有效地抵消，从而几乎不产生磁场。

简化的动画演示了在铁磁和反铁磁材料中如何发生磁转换。内布拉斯加州研究人员开发的反铁磁材料的切换速度可能比动画快10万亿倍，这使其速度比传统铁磁材料的切换速度快约10倍。

可以切换铁磁体和反铁磁体的内部磁状态，以对二进制数据的1和0进行编码。但是由于多种原因，反铁磁体特别吸引电子工程师。它们缺乏外部磁场，消除了数字组件相互干扰的机会。许多设备（包括氧化铬）自然地与数字设备内部产生的窒息热量隔绝。

它们的内部磁性不仅可以通过外部磁场来切换，还可以通过电场来切换，后者需要的功率大大降低，并且避免了讨厌的干扰问题。

尽管氧化铬在承受热量和切换磁性状态方面是最有力的支持者，但实际上却失去了超过华氏93度的反铁磁性，也失去了被电场操纵的意愿。

假设您想考虑将存储设备带到CPU附近的任何地方。您无法承受设备在93度时丧失所有功能的负担。

为了解决不那么小的问题，Binek和他的同事们首先采用了一种方法，该方法包括创建纳米级的反铁磁材料薄层-氧化铬，并在其上面涂上铁磁材料。他们的逻辑是正确的：使用电场来决定反铁磁体的状态，然后会改变其上方的铁磁体的磁性，然后会产生可被读取为1或0的磁特征。该方法提高了温度阈值，这本身就是一项重大成就。即使如此，该团队仍必须施加耗能的磁场。

保持铁磁体与反铁磁体耦合的力太弱了。因此我们被迫尝试其他尝试。最终使我们受益匪浅。

那是要完全摆脱上面的铁磁体。研究小组发现，仅反铁磁体就产生了足够的表面水平磁信号（由其原子磁体重新定向90度而不是通常的180度产生），可以作为一点数据读取。

它可以在最高华氏260度的高温下工作。它仅通过施加电压即可工作，而无需外部磁场的帮助。不仅如此：相同的力量弱点使团队以前的方法受挫，这也使得切换反铁磁体的内部磁性方向变得更加容易。与该团队合作的理论物理学家估计，转换可能发生的时间仅为100皮秒，比典型的铁磁材料所需的纳秒速度快约10倍。

反转铁磁体的磁化所需的时间是设备的限制因素。纳秒听起来很快速，但是对于现代设备而言，它太慢了。我们不再需要铁磁体这一事实意味着现在也消除了这个问题。

Binek表示，预计的100皮秒速度如何转换为实际设备尚不确定，但这是一个令人鼓舞的早期信号。不管它实际上是否比铁磁体更快地存储和处理数据，它在节能方面的主要优势都使其成为通常不受电源束缚的设备的主力军。

采用物联网，指的是具有WiFi功能的设备。如果您希望对象具有内存，那么您就想以低能耗来做所有事情，并且有可能在不忘记系统所处状态的情况下将其关闭。在我们的案例中，这也可以实现。

该小组最近在《自然通讯》杂志上报告了其发现。Binek，Dowben和Gruverman与内布拉斯加州的Ather Mahmood，Will Echtenkamp，Mike Street，Wang-Lei Wang，Shi Cao，Takashi Komesu，Pratyush Buragohain和Haidong Lu以及纽约大学的Arun Parthasarathy和大学的Shaloo Rakheja共同撰写了该研究伊利诺伊州香槟分校的地址。

研究人员得到了陆军研究办公室的部分支持；国家科学基金会，该基金会资助内布拉斯加州的材料研究科学与工程中心；以及内布拉斯加州研究计划。样品是在内布拉斯加州材料与纳米科学中心和内布拉斯加州纳米规模的工厂制造的。
编辑：lyn