A propriedade que faz as luzes fluorescentes zumbirem pode alimentar uma nova geração de dispositivos de computação mais eficientes que armazenam dados com campos magnéticos, em vez de eletricidade.

Uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade de Michigan desenvolveu um material que é pelo menos duas vezes mais "magnetostritivo" e muito menos caro do que outros materiais de sua classe. Além de computação, também pode levar a melhores sensores magnéticos para dispositivos médicos e de segurança.

Magnetoestricção, que causa o zumbido de luzes fluorescentes e transformadores elétricos, ocorre quando a forma de um material e o campo magnético estão ligados, isto é, uma mudança na forma causa uma mudança no campo magnético. A propriedade pode ser a chave para uma nova geração de dispositivos de computação chamados magnetoelétricos.

Os chips magnetoelétricos podem tornar tudo, desde enormes centros de dados a telefones celulares, com muito mais eficiência energética, reduzindo os requisitos de eletricidade da infraestrutura de computação do mundo.

Feito de uma combinação de ferro e gálio, o material é detalhado em artigo publicado em 12 de maio em Nature Communications . A equipe é liderada pelo professor de engenharia e ciência de materiais da U-M, John Heron, e inclui pesquisadores da Intel; Cornell University; Universidade da Califórnia, Berkeley; University of Wisconsin; Purdue University e em outros lugares.

Dispositivos magnetoelétricos usam campos magnéticos em vez de eletricidade para armazenar uns e zeros digitais de dados binários. Pequenos pulsos de eletricidade fazem com que eles se expandam ou contraiam ligeiramente, mudando seu campo magnético de positivo para negativo ou vice-versa. Porque eles não requerem um fluxo constante de eletricidade, como os chips de hoje fazem, eles usam uma fração da energia.

"A chave para fazer os dispositivos magnetoelétricos funcionarem é encontrar materiais cujas propriedades elétricas e magnéticas estejam ligadas." Heron disse. "E mais magnetostrição significa que um chip pode fazer o mesmo trabalho com menos energia."

Dispositivos magnetoelétricos mais baratos com uma melhoria dez vezes maior

A maioria dos materiais magnetostritivos de hoje usam elementos de terras raras, que são muito escassos e caros para serem usados ​​nas quantidades necessárias para dispositivos de computação. Mas a equipe de Heron encontrou uma maneira de obter altos níveis de magnetostrição de ferro e gálio baratos.

Normalmente, explica Heron, a magnetostrição da liga de ferro-gálio aumenta à medida que mais gálio é adicionado. Mas esses aumentos se estabilizam e, eventualmente, começam a cair à medida que as maiores quantidades de gálio começam a formar uma estrutura atômica ordenada.

Portanto, a equipe de pesquisa usou um processo chamado epitaxia de feixe molecular de baixa temperatura para essencialmente congelar átomos no lugar, impedindo-os de formar uma estrutura ordenada à medida que mais gálio era adicionado. Por aqui, Heron e sua equipe conseguiram dobrar a quantidade de gálio no material, compensando um aumento de dez vezes na magnetostrição em comparação com ligas de ferro-gálio não modificadas.

"A epitaxia de feixe molecular de baixa temperatura é uma técnica extremamente útil - é um pouco como a pintura em spray com átomos individuais, "Heron disse." E 'pintar com spray' o material em uma superfície que se deforma ligeiramente quando uma voltagem é aplicada também tornou mais fácil testar suas propriedades magnetostritivas. "

Os pesquisadores estão trabalhando com o programa MESO da Intel

Os dispositivos magnetoelétricos feitos no estudo têm vários mícrons de tamanho - grandes para os padrões de computação. Mas os pesquisadores estão trabalhando com a Intel para encontrar maneiras de reduzi-los a um tamanho mais útil que seja compatível com o programa do dispositivo magnetoelétrico spin-orbit (ou MESO) da empresa, um dos objetivos é empurrar os dispositivos magnetoelétricos para o mainstream.

"A Intel é ótima em dimensionar coisas e nas porcas e parafusos de fazer uma tecnologia realmente funcionar na escala super pequena de um chip de computador, "Heron disse." Eles estão muito empenhados neste projeto e estamos nos reunindo com eles regularmente para obter feedback e ideias sobre como desenvolver essa tecnologia para torná-la útil nos chips de computador que eles chamam de MESO. "

Embora um dispositivo que usa o material esteja provavelmente a décadas de distância, O laboratório de Heron entrou com pedido de proteção de patente por meio do U-M Office of Technology Transfer.

O artigo é intitulado "Engenharia de novos limites para magnetostrição por meio de metaestabilidade em ligas de ferro-gálio."