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【欧亿app注册】研究人员利用铁和镓开发了一种新的磁致伸缩材料

2021年6月9日消息,最近,研究人员已经能够将铁和镓结合起来,创造出一种新的磁致伸缩材料,非常适合用于磁电自旋轨道电子设备。什么是磁电自旋轨道电子学,研究人员是如何创造这种新材料的,为什么它很重要?且听小编慢慢道来。

什么是磁电自旋轨道电子学?

虽然尝试增加芯片上晶体管的数量可以说是所有半导体代工厂的主要目标,但次要目标是尝试最小化每个晶体管的功耗。消耗较少能量的晶体管导致设备消耗较少能量,因此此类设备更容易集成到电池供电的设备中,例如智能手机和平板电脑。

降低晶体管功耗的一种方法是降低它们的工作电压。然而,CMOS 技术正达到其极限,晶体管栅极的持续减少对栅极电压的影响较小(栅极电压的缩放在 0.5V 处停止)。

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磁电自旋轨道设备可能是解决方案 因为它们可以在低得多的电压下运行,可以使用与现代半导体类似的技术构建,并且已经被包括英特尔在内的主要公司积极开发。

磁电自旋轨道设备,或 MESO,是利用 磁场与电子自旋之间的相互作用. MESO 设备的工作方式与 CMOS 设备非常相似,都具有输入、输出和电源。输入电流产生一个磁场,该磁场与一个特殊的自旋轨道层相互作用(即影响电子的自旋)。电子自旋受到影响的程度决定了可以从输出流过的电流(因此,输入电流控制输出电流)。但是,此类器件所需的电压小于 100mV,明显小于 CMOS 器件的电压。此外,MESO 还提供了一种技术,可以有可能减少到纳米级以下,并且能量需求从 300×10-18J 减少到 10×10-18J 代表显着减少。

新型磁致伸缩材料

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最近,密歇根大学的一组研究人员 宣布开发出一种新的磁致伸缩材料这对当前使用的材料进行了重大改进。MESO 面临的最大挑战之一是需要具有理想磁致伸缩特性的稀土元素。性能越好,设备的开关动作越好,使用材料所需的能量就越少。然而,找到这样的材料可能是一个挑战,任何要成为现实的 MESO 设备都需要能够大规模生产。

铁和镓的结合可以创造出一种磁致伸缩材料,其性能低于稀土材料,但它们的低廉价格使其成为商业化的理想选择。因此,研究小组探索了创造具有改进磁致伸缩特性的材料的方法,希望它可以用作经济的替代品。

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在研究人员工作之前, 当尝试使用超过 19% 的镓时,铁镓磁致伸缩材料的创建将失败. 超过该值,材料会发生相变并导致磁致伸缩能力受限。然而,研究人员利用薄膜和外延生长在镓浓度高达 30% 的情况下保持亚稳态铁镓结构。此外,研究团队还利用 30% Ga 的铁镓中发生的第二相变来制造磁致伸缩材料,其磁致伸缩性能是 19% 铁镓的 20 倍。

为什么使用铁镓很重要?

用 MESO 替代 CMOS 的能力将导致设备功率更低、能耗更低,并且设备速度可能更快。此外,MESO 设备的简单结构也可以支持亚纳米设备,从而导致技术发展的爆炸式增长。为了实现这一点,需要识别具有良好磁致伸缩特性的材料,并且使用铁和镓等常见元素对此有很大帮助。

研究人员生产的设备远非理想,其大尺寸(以微米为单位)意味着它不能用于商业设备。但是,该团队正在与对该项目特别感兴趣的英特尔合作。合作旨在缩小设备的尺寸,以便未来可能是替代CMOS的候选者.

过去 40 年来,CMOS 一直是电子产品的主力军。尽管如此,现在我们正在接近 CMOS 的物理极限,是时候着眼于下一代技术,这些技术将允许消耗更少功率的更小设备。

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