Bëni të pamundurën të jetë e mundur

Studiuesit nga Instituti Paul Scherrer PSI dhe kolegët e tyre nga Instituti Laue-Langevin ILL në Grenoble, sapo kanë arritur këtë

Multiferikët konsiderohen si materialet e mrekullisë në memoriet e ardhshme kompjuterike – për sa kohë që dikush i mban pronat e tyre të veçanta në temperaturat operative të një kompjuteri.

Studiuesit nga Instituti Paul Scherrer PSI dhe kolegët e tyre nga Instituti Laue-Langevin ILL në Grenoble, sapo kanë arritur këtë.

Me këtë material ata e kanë bërë një hap vendimtar drejt realizueshmërisë. Përdorimi i materialeve multiferike duhet të lejojë sjelljen e kompjuterëve më efikas të energjisë, sepse me ta do të mjaftonte një fushë elektrike për të siguruar ruajtjen magnetike të të dhënave.

Prodhimi i kësaj fushe elektrike kërkon më pak rrymë dhe ftohje, sesa është e nevojshme në kujtimet konvencionale magnetike. Multiferroics kombinojnë vetitë magnetike dhe elektrike, duke i bërë ato veçanërisht materiale të rralla. Shumica e materialeve të këtij lloji kanë këto dy veti vetëm në temperatura shumë më të ulëta se 0 ° C.

Për të mbajtur pronat magnetike të qëndrueshme edhe në një temperaturë prej 100 ° C, studiuesit përdorin një truk. Ata përdorin atome më të vogla se ato të përdorura deri më tani, gjë që e bën materialin përbrenda më kompakt. Kjo është e mjaftueshme për ta bërë strukturën e saj rezistente ndaj nxehtësisë dhe për të mbajtur vetitë e saj të rëndësishme magnetike. Hulumtuesit sot publikojnë rezultatet e tyre në revistën “Science Advances”, informon Albinfo.ch.

Kompjuterët shpesh funksionojnë në kontinuitet dhe konsumojnë shumë kilovat orë të tanishme për çdo vit. Ata përdorin shumë energji për ruajtjen e të dhënave. Këto të fundit janë shkruar në hard disk në formën e biteve magnetike në gjendjen 0 ose 1, e cila kërkon një inversion të polaritetit konstant, nga plusi në minus dhe anasjelltas. Ky inversion i shtyllave magnetike është me shumë energji intensive dhe çon në prodhim të konsiderueshëm të nxehtësisë.

Si rezultat, kompjuterët duhet të ftohen vazhdimisht kur punojnë. Kjo kërkon shumë energji, shpenzime dhe nuk është miqësore me mjedisin. Për një kohë të gjatë, shkencëtarët janë përpjekur të gjejnë një material që eliminon këtë shqetësim të ruajtjes konvencionale.

Në vitet e fundit, studiuesit kanë qenë të interesuar në të ashtuquajturin multiferikë elektromagnetikë si alternativë e mundshme. Këto materiale me të vërtetë e bëjnë të mundur marrjen e funksioneve magnetike të kërkuara nga aplikimi i një fushe elektrike në vend të një fushe magnetike, sepse dy vetitë fizike janë bashkuar me njëra-tjetrën.

Normalisht, kjo gjendje ndodh vetëm në temperatura nën 173 ° C dhe humbet përsëri kur kthehet në një gamë të temperaturave të përditshme. Dy vite më parë, një ekip i PSI-së e kishte ngritur këtë limit të temperaturës deri në 37 ° C.

Shumë përparim i dukshëm, por ende i pamjaftueshëm për të konsideruar përdorimin në laptopë dhe memorie të tjera kompjuterike që tentojnë të nxehen së tepërmi. Marisa Medarde dhe Tian Shang, të dy kërkuesit në PSI, tani kanë stabilizuar me sukses një material elektromagnetik multiferik, në mënyrë që ajo të ruaj vetitë e saj magnetike në një mënyrë të qëndrueshme edhe në një temperaturë prej 100 ° C. Kjo temperaturë tejkalon 60 ° C, që ishte e mundur deri tani, pohon e gëzuar Marisa Medarde. Duhet edhe shumë punë kërkimore, por ne jemi akoma më afër një përdorimi të mundshëm në kompjuter.

Klasa relativisht e re e multiferikëve elektromagnetikë përbëhet nga përzierje të ndryshme të elementeve kimike. Emërtuesi i tyre i përbashkët: ato përmbajnë dy magnete të vegjël dhe një kombinim të ngarkesave elektrike pozitive dhe negative të quajtura dipole elektrike.

Normalisht, dipolet elektrike mund të ndikohen duke aplikuar një fushë elektrike dhe magnete të vogla duke aplikuar një fushë magnetike. Megjithatë, në rastin e një materiali multiferik, një fushë elektrike është e mjaftueshme për të dyja. Në praktikë, fushat elektrike mund të prodhohen shumë më lehtë dhe me kosto shumë më të ulët. Ata konsumojnë shumë më pak energji, njofton Albinfo.ch.

E gjithë kjo multiferikët elektromagnetikë i bën shumë interesantë nga pikëpamja ekonomike. Por si mund të bëhet e mundur e pamundura? Në laboratorin e tij në PSI, Tian Shang na tregon pluhurat e ndryshëm kristalorë gri, të bardhë dhe të verdhë, të cilët ai i nxeh për testimet e tij në një furrë laboratorike: Këtu përdorim barium, bakër, hekur dhe dhe të rrallë, i ngrohim për dy ditë në një temperaturë mbi 1100 ° C, shpjegon fizikanti. Pastaj i ftohim pluhurat për t’i sjellë ato ngadalë në temperaturën e dhomës, para se t’i shtrydhim në fishekë, të cilat pastaj i ngrohim përsëri për 50 orë. Më në fund, menjëherë i ftohim me azot të lëngët. Pellgu gri i matur i marrë në fund të kësaj procedure, quhet një perovskite prej bakër-hekuri. Ky kristal në maje të gishtave, në shikim të parë nuk është spektakolar.

Veçoria e materialit luhet në nivelin e padukshëm të atomeve, pikërisht në strukturën e tij kristalore. Kjo e fundit paraqitet si një varg i kafazeve të mbivendosur, qoshet e të cilave janë të zëna nga atomet e bariumit dhe ittriumit.

Pozicioni i atomeve të ndryshëm përcaktohet nga struktura e rrjetit. Magnete të vogla të bakrit dhe hekurit janë brenda kafazeve. Forcat elektromagnetike veprojnë midis këtyre magneteve dhe përcaktojnë orientimin e saj. Normalisht, dy magnetet vendosen paralelisht me njëri-tjetrin ose në drejtim të kundërt me njëri-tjetrin. Por mund të ndodhë që të veprojnë forcat magnetike nga drejtime plotësisht të ndryshme.

Magnetet pastaj luhaten si gjilpërat e busullës. Në gjuhën e specialistëve flasim për magnet të frustruar. Për të shmangur këtë gjendje të paqëndrueshme dhe për të mbajtur magnetizmin e tyre, magnetin e hekurit të bakrit, spiralizohen në materialin premtues. Nëse zgjerohet, kjo spirale do të ishte një mbivendosje e shumë gjilpërave të busollës, secila duke treguar një drejtim paksa të kompensuar nga ajo e mëparshmja. Kjo formë spirale mund të prodhojë polarizim elektrik dhe për këtë arsye të jetë përgjegjës për vetitë ferroelektrike në material, shpjegon Marisa Medarde.

Kur magneti të jetë rregulluar në një spirale, sjell dipole elektrike në rrjet dhe materiali është parë me dy vetitë, elektrike dhe magnetike, së bashku me njëri-tjetrin. Në temperaturë normale, gjilpërat e busullës humbasin rregullimin e tyre spiral, i cili gjithashtu eliminon vetitë multiferike të shoqëruara. Në punën e mëparshme, Marisa Medarde dhe grupi i saj kishin treguar tashmë se ftohja e shpejtë ngrin spiralet magnetike në material. Gjatë hulumtimit të tyre të ri, Marisa Medarde dhe Tian Shang kanë qenë të angazhuar në rregullimin e rrjeteve kristalore multiferike. Falë disa përshtatjeve të vogla mikroskopike, ata arritën të rrisin stabilitetin e tyre në temperaturë deri në 100 ° C.

Për ta bërë këtë, Tian Shang jo vetëm që e ftohi jashtëzakonisht shpejtë materialin, ai gjithashtu përdori një truk të njohur për kimistët, gjë që thjesht është të zvogëlojë hendekun midis atomeve në rrjetin kristal, i cili i afron ata më së afërti nga njëri-tjetri.

Kjo strukturë më kompakte rezulton në një ndryshim të tillë të forcave elektromagnetike në kristal, struktura spirale e magnet bakër-hekurit mbetet stabile edhe në temperatura të larta. Tian Shang arriti këtë rezultat duke zëvendësuar disa atome barium në rrjetin kristal me atomet më të vegjël të stronciumit. Ai shtoi stroncium gjatë prodhimit të materialit në furrën e reagimit, përpara se të ftohej sipas metodës së provuar.

Fizikanti gjithashtu hetoi nëse kombinimi i të dy metodave, me të vërtetë kishte efektin e dëshiruar. Tian Shang analizoi materialin gri të zi duke përdorur metoda të ndryshme të matjes, duke përfshirë burimin e neutroneve SINQ, një nga objektet kryesore të kërkimit të PSI. Duke përdorur instrumente të veçanta, ai ishte në gjendje të identifikonte gjurmët e spiraleve magnetike. Një instrument ka qenë veçanërisht i rëndësishëm për studiuesin: ai ka emrin e komplikuar të një difraktometër neutroni.

Kjo pajisje, e cila Tian Shang e përdorte në SINQ si dhe në Institutin Laue-Langevin ILL në Grenoble, thekson vendndodhjen e atomeve në rrjetin kristal dhe distancën midis tyre. Ftohja e shpejtë e materialit të kombinuar me ndryshimin në distancën midis atomeve ka arritur këtë efekt, thotë studiuesi. Fusha e stabilitetit të spiraleve magnetike është sot shumë më e lartë se më parë, njofton Albinfo.ch.

Ajo ka arritur kështu në domenin e domosdoshëm të stabilitetit për përdorim tek kompjuterët. Megjithatë, vëren fizikanti, duhet të pritet edhe më tej para se materiali mund të përdoret në memoriet kompjuterike në të ardhmen. Që kjo të jetë e mundur, do të duhet të punojë edhe në filma të imët që kërkojnë shumë më pak materiale. Marisa Medarde dhe Tian Shang janë duke punuar tashmë atje. Dhe ata përpiqen të kompaktojnë kristalin perovskite duke i futur atome edhe më të vogla se stronciumi.

Nëse ata do të kenë sukses, ekziston një rast i mirë që një ditë ky material multiferik të sigurojë bazën për të revolucionarizuar teknologjinë e deponimit.

---