《Advanced Materials:美国明尼苏达大学双城分校揭示了一种能够提高计算机存储速度和能效的新材料》

  • 来源专题:集成电路与量子信息
  • 发布时间:2025-07-22
  • 美国明尼苏达大学双子城分校的研究团队在《Advanced Materials》期刊上发表了一篇新研究,揭示了一种能够提高计算机存储速度和能效的新材料。这项研究还获得了技术专利。随着技术的发展,对新兴存储技术的需求不断增加,研究人员希望找到能在低能耗下高效运行的替代或补充材料,以提高日常技术的功能性。 该团队发现了一种更高效的方法来控制微小电子设备中的磁化,这种材料名为Ni?W(镍和钨的合金)。研究发现,这种低对称性材料能产生强大的自旋轨道转矩(SOT),这是下一代存储和逻辑技术中操控磁性的关键机制。

    论文的共同通讯作者、明尼苏达大学双子城分校的Jian-Ping Wang教授表示,Ni?W可以显著降低写入数据时的能耗,潜在地减少电子设备如智能手机和数据中心的电力消耗,使未来的电子产品更智能、更可持续。 与常规材料不同,Ni?W可以在多个方向上产生自旋电流,实现无需外部磁场的“无场”磁状态切换。Ni?W由常见金属制成,可通过标准工业流程生产,这使其具有低成本和高可行性的优势。

  • 原文来源:https://www.semiconductor-digest.com/researchers-demonstrate-a-new-material-to-reduce-power-consumption-of-electronics/
相关报告
  • 《美国明尼苏达大学等开发出更节能、可调谐的超导二极管》

    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:李衍
    • 发布时间:2023-06-12
    • 美国明尼苏达大学双城分校和加州大学圣塔芭芭拉分校的研究团队开发了一种新超导二极管,可以帮助工业界扩大量子计算机的规模并改善人工智能系统。与其他超导二极管相比,研发出的新装置更加节能、可以同时处理多个电信号,并且包含一系列控制能量流动的“门”,这些功能以前从未被集成到超导二极管中。二极管是电子设备中的一个关键部件,通常是用半导体制造的,但研究人员对用超导体制造它们感兴趣,因为超导体有能力在传输能量的过程中不损失任何能量。超导二极管可以帮助扩大量子计算机的工业使用规模,并提高人工智能系统的性能。 研究人员使用三个约瑟夫森结创建了这个设备,约瑟夫森结是由通过在超导体之间夹住非超导材料的碎片制成的。在这种情况下,研究人员用半导体层连接超导体。该设备的独特设计使研究人员能够使用电压来控制这一设备。他们的设备也有能力处理多个信号输入,而典型的二极管只能处理一个输入和一个输出。这一特点可能会在神经形态计算中得到应用,进而可以提高人工智能系统的性能。 该研究成果5月29日以题名“Gate-tunable superconducting diode effect in a three-terminal Josephson device”在线发表于Nature Communications。 参考链接:https://view.inews.qq.com/k/20230607A08W2J00?no-redirect=1&web_channel=wap&openApp=false https://phys.org/news/2023-06-superconducting-diode-quantum-artificial-intelligence.html https://www.nature.com/articles/s41467-023-38856-0
  • 《美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员揭示了一种测量磁性材料高速波动的新方法》

    • 来源专题:计量基标准与精密测量
    • 编译者:张宇
    • 发布时间:2025-03-07
    • 近日,美国能源部橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的研究人员在纳米尺度(尺寸为十亿分之一米)上,利用单量子比特传感,揭示了一种测量磁性材料高速波动的新方法。该方法将为量子材料的发展带来新变化,从而推进传统计算到新兴量子计算领域的技术发展。该研究成果以发表在《Nano Letters》期刊上。 许多材料都会经历相变,其特征是重要的基本属性随温度呈阶梯式变化。了解物质在临界转变温度附近的状态是开发利用独特物理特性的新材料和技术的关键。在这项研究中,该团队使用纳米级的量子传感器来测量磁性薄膜在相变状态附近的自旋波动。在室温下具有磁性的薄膜对于数据存储、传感器和电子设备至关重要,因为它们的磁性可以被精确地控制和操纵。 该团队在纳米相材料科学中心(ORNL的美国能源部科学办公室用户设施)使用了一种名为扫描氮空位中心显微镜的专用仪器。氮空位中心是金刚石中原子级的缺陷,其中氮原子取代了原来碳原子的位置,且相邻的碳原子缺失,从而形成了量子自旋态的特殊构型。在氮空位中心显微镜中,量子自旋态的缺陷能够对静态和动态磁场做出不同的反应,使研究人员能够在单个自旋态的水平上检测仪器的反馈信号,以确定纳米级结构的形态。 ORNL材料科学与技术部的研究人员Ben Lawrie说:“氮空位中心既充当量子比特(qubit),又是一个高度敏感的传感器,我们在薄膜上方移动它,以测量磁性和自旋波动的温度相关变化,这是任何其他方式都无法测量的。 当受自旋方向控制的材料的磁性不断改变方向而不是保持固定时,就会观察到自旋波动。该团队测量了薄膜在不同磁态之间经历相变时的自旋波动,这种相变是通过改变样品温度诱导的。 这些测量揭示了自旋波动的局部变化是如何在相变附近与全局变化联系在一起的。这种对相互作用自旋态的纳米级理解可能会催生出新的基于自旋的信息处理技术,并对广泛的量子材料类别有更深入的了解。 “自旋电子学的进步将提高数字存储和计算效率。与此同时,如果我们能学会控制自旋与其环境之间的交互,那么基于自旋的量子计算向大家展示的计算机仿真模拟的诱人前景将是以往任何传统计算架构都不可想象的。“Lawrie说。 这种类型的研究集合了ORNL在量子信息和凝聚态物理学方面的能力。Lawrie说:“如果我们能够利用最新的量子资源来获得对材料中经典态和量子态的新理解,这将有助于我们设计出在网络、传感和计算方面有实际应用的新型量子设备。 美国能源部基础能源科学计划资助了这项研究。 UT-Battelle作为美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的非营利性管理和运营承包商。 授权为美国能源部(DOE)科学办公室管理ORNL。作为美国物理科学研究的最大单一支持者,科学办公室始终致力于应对我们这个时代最紧迫的挑战。