铁镓磁电芯片技术为新一代更高效的计算设备带来了可能

当一种材料的形状和磁场相联系时，就会发生磁致伸缩，也就是说，形状的改变会导致磁场的改变。这一特性可能是被称为磁电的新一代计算设备的关键。磁电芯片可以使从大型数据中心到手机的所有东西都更加节能，削减世界计算基础设施的电力需求。

该材料由铁和镓组合而成，在今天（2021年5月12日）发表在《自然通讯》上的一篇论文中作了详细介绍。该团队由麻省理工学院材料科学与工程教授John Heron领导，包括来自英特尔、康奈尔大学、加州大学伯克利分校、威斯康辛大学、普渡大学和其他地方的研究人员。

磁电设备使用磁场而不是电力来存储二进制数据的数字1和0。微小的电脉冲使它们略微膨胀或收缩，将它们的磁场从正向翻转为负向，反之亦然。因为它们不需要像今天的芯片那样需要稳定的电力流，所以它们使用的能量只是一小部分。

今天的大多数磁致伸缩材料使用稀土元素，这些元素太稀缺，成本太高，无法用于计算设备所需的数量。但Heron伦的团队已经找到了一种方法，从廉价的铁和镓中“哄骗”出高水平的磁致伸缩性。通常情况下，铁镓合金的磁致伸缩性会随着镓的加入而增加。但是，当更多的镓开始形成一个有序的原子结构时，这些增加会趋于平稳，并最终开始下降。因此，研究小组使用了一种称为低温分子束外延的工艺，基本上将原子冻结在原地，防止它们随着更多镓的加入形成有序的结构。

通过这种方式，Heron和他的团队能够将材料中的镓的数量增加一倍，与未修改的铁镓合金相比，磁致伸缩性增加了10倍。

"低温分子束外延是一种极其有用的技术–它有点像用单个原子进行喷漆，"Heron说。"而将材料'喷绘'到一个在施加电压时轻微变形的表面上，也使得测试其磁致伸缩特性变得容易。该研究中制作的磁电设备有几微米大小–按计算标准来说是很大的。但是研究人员正在与英特尔合作，寻找方法将它们缩小到更有用的尺寸，以便与该公司的磁电自旋轨道设备（或MESO）计划兼容，其目标之一是将磁电设备推向主流。

虽然使用这种材料的设备可能还要等几十年，但Heron的实验室已经通过密歇根大学技术转让办公室申请了专利保护。

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