【應變和超低能量可以驅動旋轉電腦】

江南布衣

【應變和超低能量可以驅動旋轉電腦】

 

 

Nanomagnets採取應變

微小磁體可用於多層為基本處理單位在高效節能的計算機。

 

所以說，研究人員在美國誰表明，磁化這些納米磁鐵可以切換使用非常小的電壓，在機械應力誘導層的材料。

 

由此產生的機械變形影響的電子自旋的行為，允許使用材料在自旋電子器件。

 

這是電子電路，利用電子自旋以及它的費用。

 

混合自旋電子學 / straintronics處理器用這種磁鐵將需要很少的能量，因此可以工作無電池能量的收穫他們的環境。

 

因此，他們能找到一台主機的獨特的應用，包括植入式醫療設備和自主的傳感器。

 

現代計算機數據存儲在磁性硬盤驅動器，其中的方向 - “向上”或“下降” - 在一個狹小的區域中磁化的磁盤對應一個二進制位（“1”或“0”，為例子）。 數據讀取一個磁元件和書面加熱位，然後用激光翻轉時刻與磁場脈衝從附近的一個小線圈。

 

自旋翻轉位

最近，研究人員已經試驗了它的思想開發“自旋轉移力矩”，即當前的自旋極化的電子可以翻轉位，而不需要外部磁場。

 

這個想法可以採取進一步的電流通過疇壁移動，從而在一個磁鐵翻轉位的這種方式。

 

然而，所有這些問題的辦法是，數額較大的能源，需要每一位翻轉 - 從分數的femtojoule多達數 femtojoules。

 

傳統的基於晶體管的電路中的能量耗散類似數額的每比特翻轉，使能源優勢沒有傳遞扭矩旋轉裝置。

 

事實上，如此高的能量需求是一個重大障礙，使越來越小的電子設備，繼續遵守摩爾定律 - 該集成電路的晶體管密度大約每兩年增加一倍。

 

到目前為止，矽業保持了速度和晶體管的大小，因為指數下降到今天的20納米。

 

現在，Kuntal羅伊和同事在弗吉尼亞聯邦大學聲稱，他們可以切換磁化其nanomagnet為基礎的裝置與小於0.4 attojoules能源，這個數字是四個數量級小於，對於傳統的晶體管。

 

“能源需求是如此之低，這種技術建造的處理器可以運行從環境中收集能量，而不需要電池，”羅伊說 physicsworld.com 。

 

吸收機械能

這些設備都是這樣做的，只需吸收機械能（振動的形式）從他們的環境。

 

這將機械能轉換成電能通過換能器是採用壓電機電，這些材料產生微小的電流通過拉伸或壓縮時的振動。

 

羅伊的團隊設計了一個基本的計算機處理單元從一個多鐵 nanomagnet組成的壓電層和磁致伸縮層相互接觸。

 

磁致伸縮材料磁化時改變形狀。

 

當電壓施加在壓電層，它產生的機械應力的材料。

 

這株，然後轉移到磁致伸縮層，它產生壓力，所以它的磁化翻轉。

 

非常小的電壓

該款項所需的電壓來產生必要的壓力非常小，大約為 10 mV時，羅伊解釋。

 

由於能源消耗在磁鐵的平方成正比的電壓，所需的能量轉換一個位也非常小。

 

“傳統的晶體管開關在1納秒的消退百萬 kT的電路中的能量，”

 

羅伊說。 “我們最近的結果表明，多鐵 nanomagnets我們可以切換使用在同一時間，同時散熱僅 200 kT的電路中的能量。”

 

儘管以前的研究小組還看了編碼位的磁化的nanomagnets，他們沒有使用應變切換磁化，但磁場，而不是 - 這需要大量的能量。

 

事實上，能源消耗在這些設備可幾千萬或更多的KT開關一納秒。

 

監測腦電波

潛在的應用的新技術包括醫療設備，如處理器植入患者的大腦中腦電波監測，警告即將發生的癲癇發作，研究人員說。

 

“這些設備將完全由搭載了頭部運動的病人，解釋說：”羅伊。

 

其他應用包括浮標式電腦，例如，可以按照溫度的變化，以幫助在海上的天氣預測。

 

他們將通過收集能量從海洋的波浪運動。

 

 處理器安裝在橋樑和其他建築物的結構可以監測惡化聲振頻率，通過檢測確定潛在的危險，因此骨折。

 

“這些設備將收穫的能量在建築結構振動所引起的風，甚至過往的車輛。”

 

弗吉尼亞團隊目前正忙於製作真正的設備在實驗室裡，希望表現出工作原型很快。

 

它還設計的多態邏輯門（四態或非門）的基礎上結晶多鐵 nanomagnets。

 

這些設備可用於“聯想記憶”，一個類型的設備經常僱用模式識別。

 

“我們應該能夠識別的運作模式建立在非常低的能源成本 - 這樣有助於促進所謂的”綠色電子“，羅伊說。

 

模仿人腦

而這還不是全部。 令人高興的是，受到壓力開關 nanomagnets突然和弗吉尼亞團隊認為，這種行為是可以用於設計人工神經突觸，這是中央處理單元的神經型態的網絡功能通過模仿人類大腦如何工作。

 

研究人員正在與一組來自美國弗吉尼亞大學和密西根大學把這一想法變成現實。

 

有些這裡所說的工作已經發表在 應用物理快報 ，而其餘目前正在審查。

 

刊物從組目前可以免費閱讀的 arXiv 。

 

關於作者

美女杜梅是特約編輯 nanotechweb.org

 

引用：http://physicsworld.com/cws/article/news/44910