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相信很多朋友都听过日光灯管通电后发出的滋滋声,这种现象跟一种称为磁致伸缩的物理效应有关。最近美国密西根大学团队研发一种用于磁电设备的新材料,其磁致伸缩效应是同类材料的2倍,能源效率更高且成本更低,如果未来能够实际应用,将有助于削减全球运算基础设施的电力需求。
磁致伸缩现象(magnetostrictiveeffect)会引起萤光灯(FluorescentLight,或称日光灯)和变压器发出声音,根据百度百科解释,磁致伸缩效应是指磁铁性材料(如:镍)磁化后,内部会自然形成许多微小的磁区(domain),每个磁区中原子的磁化方向完全一致,但不同磁区的磁化方向可以不同。
当此磁化材料受到外加磁场作用时,每一磁区会产生一扭转力矩N=m×B(m为磁炬,B为磁束密度),受此力矩影响,晶格方向会稍微旋转,材料的尺寸也会改变,这种因磁场作用导致的尺寸改变就称为磁致伸缩效应。
现在科学家发现,利用这种特性开发的磁电芯片,可能是新一代运算设备关键。
磁电设备利用磁场而非电来储存数据,而让磁电设备正常工作的关键是找到具电磁特性的材料,磁致伸缩效应越多,磁电芯片就可以用更少能量完成相同工作。现在,密西根大学领导的团队找到了结合铁和镓后能产生高磁致伸缩效应的新材料,可作为当今大多使用稀少且价格昂贵稀土元素的磁致伸缩材料替代品。
为了制造这种铁镓材料,研究人员使用一种称为低温分子束磊晶(Molecularbeamepitaxy,MBE)的技术,研究人员JohnHeron解释,这有点像对单个原子喷漆,将原子冻结在适当位置上,从而防止在添加更多镓时形成有序结构。如此一来,团队就可以使材料中的镓含量增加1倍,与未改性的铁镓合金相比,磁致伸缩增加了10倍。
利用此特性开发的新型磁电芯片能削减运算基础设施的电力需求,并提高从数据中心传输到智慧型手机的能源效率。目前团队正与英特尔(Intel)合作寻找将样本缩小至适当尺寸的方法,不过这种设备要走到商业化那一步,可能还需要花个10年时间。
新论文发表在《自然通讯》(NatureCommunication)期刊。