荧光灯发出的嗡鸣声，将为新一代高效磁场存储型计算设备提供动力。
《自然通讯》杂志当地时间5月12日发文称，美国密歇根大学研究团队开发了一种铁镓材料，其“磁致伸缩”性能至少是同类材料的两倍，并且成本更低。除用于计算设备外，它还能为医疗和安全设备带来更优质的磁性传感器。
磁致伸缩会引发荧光灯和变压器的嗡鸣声——也就是说，材料的形状变化会引发磁场变化。这种特性可能是新一代磁电计算设备的关键。大到数据中心，小到手机，磁电芯片能使这些设备的能源效率显著提高，进而大幅降低计算基础设施的电力需求。磁电装置则利用磁场代替电力，存储二进制数据。微小的电脉冲使磁电装置产生轻度膨胀或收缩，从而令其磁场方向发生改变。磁电装置不需要稳定电流，因此只会消耗很小一部分能量。“运转磁电设备的关键在于找到电-磁特性相关的材料。”密大材料科学与工程教授John Heron说，“磁致伸缩性能增强，意味着同一块芯片能够用更少的能量完成同样的工作。”
目前，大多数磁致伸缩材料都涉及稀土元素。然而，稀土元素过于稀缺，且成本高昂，根本无法满足计算设备的需求。Heron团队另辟蹊径，用廉价的铁和镓开发出了高水平的磁致伸缩材料。
Heron指出，通常情况下，铁镓合金的磁致伸缩性能与镓含量正相关。然而，随着大量镓元素的引入，材料逐渐形成有序的原子结构，导致磁致伸缩性的增长趋于平稳，并最终降低。为了解决这个问题，Heron团队在材料制造过程中引入了低温分子束外延技术，将原子“冻结”在原位，防止它们在镓含量上升时形成有序结构。借助这种办法，Heron团队成功让材料中的镓含量翻倍，同时使材料的磁致伸缩性能提高了十倍。Heron说：“低温分子束外延是一种非常实用的技术，它类似于用单个原子进行喷涂。将这种材料喷涂在施加电压会轻微形变的表面上，还降低了磁致伸缩性能的测试难度。”
Heron团队制造的磁电装置达到了微米级。他们正在与英特尔公司合作，进一步缩小装置尺寸，以兼容英特尔公司的磁电自旋轨道设备（MESO）计划。Heron说：“英特尔公司非常善于规模化生产。他们对这个项目非常关注，我们会定期与公司的技术人员交流，以便在未来使其能应用在MESO计算机芯片中。”
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编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《自然通讯》
期刊编号：2041-1723
原文链接：
https://phys.org/news/2021-05-harnessing-fluorescent-efficient.html
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