Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Ảnh thiết bị sóng spin, cho thấy các pin điện từ được sử dụng để tạo ra sóng spin được khống chế bằng điện áp trong vật liệu buýt sóng spin (sọc màu vàng). Các sọc màu vàng có đường kính khoảng bốn micromet

Bạn đã bao giờ tự hỏi tại sao máy tính xách tay hoặc điện thoại thông minh của bạn ấm lên khi bạn đang sử dụng nó? Nhiệt đó là một sản phẩm phụ của bộ vi xử lý trong thiết bị của bạn dùng dòng điện để cấp năng lượng cho các chức năng xử lý trên máy tính - và nó thực sự làm lãng phí năng lượng.

Hiện nay, một nhóm nghiên cứu do các nhà nghiên cứu từ Trường Kỹ thuật và Khoa học ứng dụng Henry Samueli của UCLA đã thực hiện những cải tiến lớn về xử lý trên máy tính bằng cách sử dụng một loại vật liệu từ tính mới nổi được gọi là “multiferroic”, và những tiến bộ này có thể làm cho các thiết bị trong tương lai hiệu quả hơn nhiều về mặt năng lượng so với các công nghệ hiện nay.

Với các bộ vi xử lý của các thiết bị hiện nay, dòng điện đi qua các bóng bán dẫn, chủ yếu là các chuyển mạch điện tử rất nhỏ. Bởi vì dòng điện liên quan đến sự chuyển động của các điện tử, quá trình này tạo ra nhiệt - làm cho các thiết bị nóng lên khi hoạt động. Những thiết bị chuyển mạch này cũng có thể “rò rỉ” điện tử, làm cho khó có thể tắt chúng hoàn toàn. Và khi các chip tiếp tục được thu nhỏ hơn, với nhiều mạch hơn được lắp đặt trong những không gian nhỏ hơn, lượng nhiệt lãng phí sẽ tăng lên.

Nhóm nghiên cứu UCLA sử dụng vật liệu từ tính multiferroic để giảm lượng điện năng tiêu thụ của “thiết bị logic”, một loại mạch trên chip máy tính chuyên dụng thực hiện các chức năng như tính toán. Vật liệu multiferroic có thể được bật hoặc tắt bằng cách đưa vào điện áp xoay chiều - sự khác biệt về điện thế.

Sau đó nó mang năng lượng thông qua vật liệu này trong một sóng phân tầng thông qua các spin của các điện tử, một quá trình được gọi là một buýt sóng spin.

Một sóng spin có thể được coi tương tự như một lớp sóng đại dương, giữ các phân tử nước về cơ bản ở cùng một vị trí trong khi năng lượng được mang đi qua nước, trái ngược với một dòng điện, có thể được hình dung như nước chảy qua một đường ống, nghiên cứu viên Kang L. Wang, Giáo sư kỹ thuật điện của UCLA và Giám đốc Western Institute of Nanoelectronics (WIN), cho biết.

“Sóng spin mở ra một cơ hội để thực hiện về cơ bản các phương pháp điện toán mới trong khi giải quyết một số thách thức chính phải đối mặt bằng cách mở rộng quy mô của công nghệ bán dẫn thông thường, có tiềm năng tạo ra một mô hình thiết bị điện tử dựa trên spin mới”, Wang nói.

Các nhà nghiên cứu UCLA đã có thể chứng minh rằng bằng cách sử dụng vật liệu multiferroic để tạo ra sóng spin có thể làm giảm nhiệt lãng phí và do đó tăng hiệu quả năng lượng dùng cho việc xử lý lên đến 1.000 lần. Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Applied Physics Letters.

“Kiểm soát điện từ tính mà không cần đến các dòng điện tích là một lĩnh vực ngày càng được quan tâm trong nghiên cứu từ tính”, đồng tác giả Pedram Khalili, Phó Giáo sư kỹ thuật điện của UCLA nói. “Nó có thể có các hàm ý quan trọng cho các thiết bị xử lý thông tin và lưu trữ dữ liệu trong tương lai, và các kết quả gần đây của chúng tôi là thú vị trong bối cảnh đó”.

Nguồn: Vista.vn