21/08/2017 - Neue nanoporöse Materialien mit magnetischen Eigenschaften, um die Kapazität in der Datenspeicherung zu erhöhen

Menéame

Erhöhung der Speicherkapazität nation und die Effizienz bei der Übertragung dies sind zwei der dringendsten Herausforderungen, denen sich die Schwieger-Lagersysteme stellen müssen. Allein in den letzten zwei Jahren haben wir schätzungsweise etwa 90 Prozent des weltweiten Datenvolumens generiert.

Die elektronischen Geräte, die Informationen durch das Phänomen der Magnetisierung speichern, basieren auf der Magnetumschaltung, die in der Regel durch lokalisierte Magnetfelder (erstellt durch elektromagnetische Induktion) oder durch polarisierte elektrische Ströme durch Sphin (Drehkraft durch Übertragung des Sphins) möglich ist. Beide Systeme benötigen jedoch relativ hohe elektrische Ströme, die die Materialien erhitzen, was zu einem deutlichen Energieverlust durch Wärmeableitung (der sogenannte Joule-Effekt) führt.

Wenn also die erforderlichen Magnetfelder und elektrischen Ströme verringert würden, könnte die Energieeffizienz gesteigert werden. Dies ist in der Tat möglich, wenn die Zwangskraft (die Fähigkeit, einem externen Magnetfeld standzuhalten, ohne sich zu entmagnetisieren) des bemannten Materials verringert wird. Die in letzter Zeit erprobten Methoden zu diesem Zweck haben nur zufriedenstellende Ergebnisse unter 300 Kelvin erzielt, und nur mit Nanopartikeln oder ultrafeinen Filmen. Seit dem Projekt SPIN-PORICS, das aus europäischen Mitteln finanziert wurde, wurde jedoch kürzlich angekündigt, dass es ein Material mit ähnlichen Eigenschaften wie ein Schwamm geschaffen hat, das bei diesen Bemühungen große Fortschritte bringen könnte.

Ein Prototyp von Nanoverbindungen

Seit dem Projekt SPIN-PORICS (Mergin Nanoporous Materials with Energy-Efficient Spintronics) wurde in der wissenschaftlichen Zeitschrift Advanced Functional Materials die Entwicklung von Prototypen von Nanoporoso-Magnetspeichern auf der Grundlage von Kupfer-Nickel- (CuNi) Legierungen. Diese CuNi-Filme waren in ihrem Inneren wie ein Schwamm organisiert, und ihre Poren waren nur 5 bis 10 Nanometer groß, während der Raum an den Porenwänden auf ein paar Dutzend Atome beschränkt war. Die Nanoporoseschicht wurde mit einem dielektrischen Material gefüllt, dessen magnetische Eigenschaften durch die Verwendung flüssiger Elektrolyte bei der Anwendung von elektrischer Spannung auf Umgebungstemperatur passten.

Das Projektteam versicherte sich, dass die magnetische Zwangskraft um 35 Prozent reduziert werden kann, so dass sie dem Energieverbrauch entspricht, der zur Neuausrichtung der für die Datenaufzeichnung erforderlichen magnetischen Domänen erforderlich ist. Dieses Ergebnis ist auf das Nanoporöse Design zurückzuführen, das es dem gesamten Film und nicht nur seiner Oberfläche ermöglicht, an der elektromagnetischen Wirkung teilzunehmen.

Der Projektkoordinator, Professor Jordi Sort, fasste so den Erfolg dieses Prototyps zusammen: Die Nanopore im Inneren von Nanoporenmaterialien bieten eine sehr große Fläche. Durch die Konzentration dieser weiten Oberfläche auf einen sehr kleinen Raum können wir die Spannung einer Batterie anwenden und die Energie, die nötig ist, um die magnetischen Domänen zu lenken und Daten zu erfassen, enorm reduzieren. Dies stellt ein neues Paradigma für die Energieeinsparung von Computern und auch für die Berechnung und Verwaltung von Magnetdaten im Allgemeinen dar.

Ein neues Paradigma der Spintronie

Die digitale Revolution erfordert Steigerungen der Kapazität der Festplatten und der Datenverarbeitungsrate. Beide Aspekte haben sich durch die Fortschritte beim Magnetismus und beim Spind entwickelt (der Spion transportiert Elektronik, die den Elektron-Spion und das Phänomen der Magnetisierung nutzt). Ganz allgemein sind Fortschritte in der Informations- und Kommunikationstechnologie davon abhängig, dass die noch bestehenden ineffizienten Mechanismen in Magneto-Elektronik-Geräten gelöst werden. So wird beispielsweise auf Computern 40 Prozent der Energie durch Wärmeabscheidung verloren gehen. Daher haben Unternehmen wie Google ihre Computerserver unter Wasser oder in nordischen Ländern nach niedrigen Umwelttemperaturen ausgewählt.

Das SPIN-PORICS-Team ist der Ansicht, dass sein neues Nanomaterial vor allem drei technologischen Anwendungen zugute kommt: elektrische Magnetaufzeichnung, wahlweise strombetriebene Magnetspeicherschaltung und Sphin-Feldeffekttransistoren. Angesichts der Berechnungen, die ergeben, dass die Ersetzung des elektrischen Stroms durch elektrische Spannung in Datenverarbeitungssystemen zu 500-mal günstigeren Energiekosten führen könnte, ist festzustellen, dass dieses neue Paradigma erhebliche wirtschaftliche Auswirkungen haben könnte. Professor Jordi Sort zufolge kann die Einführung dieses Materials in die Speicher von Computern und mobilen Geräten viele Vorteile bieten, vor allem durch direkte Energieeinsparungen auf Computern und durch eine erhebliche Erhöhung der Autonomie von Mobilgeräten.

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