اختلال شیمیایی خواص مغناطیسی فیلم سرامیکی جدیدی را برای الکترونیک کم توان بالقوه می دهد

توسط آدام اسملتز، دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

به گفته یک تیم چند نهادی به سرپرستی محققان کالج علوم زمین و مواد معدنی ایالت پن، ماده ای نازک تر از موی انسان ممکن است دستگاه های محاسباتی سریع تری را تقویت کند که انرژی کمتری نیاز دارند و داده های بیشتری را ذخیره می کنند.

سعید اس. ای. آلمیشال، استادیار علوم و مهندسی مواد و یکی از اعضای هیئت علمی موسسه تحقیقات مواد، گفت: در مطالعه‌ای که در مجله Advanced Materials منتشر شده است، محققان یک ماده جدید با خواص مغناطیسی پیچیده را توصیف می‌کنند که می‌تواند کارایی الکترونیک را بهبود بخشد.

برای بیش از یک دهه، تیم تحقیقاتی بر اساس معرفی مواد سرامیکی پیشرفته موسوم به اکسیدهای با آنتروپی بالا یا HEO در سال 2015، که توسط یکی از نویسندگان جان-پل ماریا، رئیس موقت دپارتمان علوم و مهندسی مواد و Dorothy Pate Enrich، استاد مهندسی و مهندسی مواد، پیشگام بوده است. تیم یک روش ساخت برای تولید فیلم جدید ایجاد کرد که خود یک HEO است.

آلمیشال گفت: «نسل جدید الکترونیک پیشرفته نیاز به کنترل کارآمدتری بر سیگنال‌های الکتریکی و مغناطیسی داخلی دارد که باعث می‌شود دستگاه‌های روزمره کار کنند. ما این ماده جدید را با ویژگی‌های متمایز توسعه دادیم که می‌تواند به مهندسان کمک کند عملکردهای مغناطیسی را اصلاح کنند تا سرعت دستگاه را با مصرف انرژی کمتر افزایش دهند.»

HEO ها به دلیل توانایی متمایز برای متحد کردن چندین عنصر مختلف در سطح اتمی در ساختارهای تک کریستالی متمایز هستند. آلمیشال توضیح داد که این اکسیدها زمینه را برای طیف گسترده ای از مواد جدید مفید در علم، مهندسی و کاربردهای انرژی ایجاد می کنند.

برای این آخرین پیشرفت، آلمیشال و همکارانش بر اختلالات شیمیایی در ساختارهای بلوری کاملا منظم تمرکز کردند، تقاطعی که گروه آن را «بلوریت غیرعادی» نامید - یک تعریف علمی جدید در این زمینه. این تیم با این کریستالیته آزمایش کردند تا رابط های لایه ای تشکیل دهند و یک پدیده جدید علم مواد در مغناطیس ایجاد کنند.

آلمیشال گفت که این پدیده اتم های نامتجانس را برای هدایت سیگنال های مغناطیسی که به انرژی کمتری نسبت به جریان الکتریکی برای انتقال و ذخیره داده ها در دستگاه های الکترونیکی نیاز دارند، جمع می کند. ترکیبی از جریان الکتریکی و مغناطیس عملکرد دستگاه الکترونیکی و حفظ داده ها را امکان پذیر می کند.

از لحاظ تاریخی، مغناطیس در نحوه نگهداری اطلاعات توسط دستگاه ها نقش اساسی داشته است. همانطور که آلمیشال اشاره کرد، افزایش نقش سیگنال های مغناطیسی می تواند وابستگی دستگاه به جریان الکتریکی را کاهش دهد، ذخیره سازی داده ها را بهبود بخشد و مصرف کلی انرژی را کاهش دهد.

ساخت کامل مواد - یک لایه نازک - یک دهه طول کشید، فرآیندی که او آن را با ساخت یک رنگ و سپس اعمال آن بر روی دیوار مقایسه کرد. تلاش طولانی با همکاری آزمایشگاه ملی اوک ریج در تنسی، علم مواد و فیزیک را برای ایجاد رابط های لایه ای درون فیلم ادغام کرد.

محققان پدیده‌های مغناطیسی را در طول این رابط‌ها اندازه‌گیری کردند، آزمایش‌هایی را برای اصلاح فیلم انجام دادند و آن را برای استفاده در آینده در دستگاه‌های الکترونیکی مناسب ساختند. به گفته آلمیشال، این کار و مقاله ای که در سال 2025 در Advanced Science منتشر شد، اولین گام را به سوی گرد هم آوردن مغناطیس، یک زیرشاخه فیزیک در مغناطیسی، با اسپینترونیک، که بر رفتار چرخشی الکترون ها و قابلیت های مغناطیسی آنها متمرکز است، نشان می دهد.

آلمیشال گفت که ترکیب این نواحی با قدرت تثبیت شده پن استیت در الکترونیک سنتی تر نشان دهنده تغییر بازی در دپارتمان علوم و مهندسی مواد است.

آلمیشال که در حال توسعه اولین آزمایشگاه مغناطیسی در کالج علوم زمین و مواد معدنی است، گفت: "این یک جهت جدید برای ما است." ما به زودی قابلیت‌های پیشرفته‌ای برای طیف وسیعی از آزمایش‌های مغناطیسی خواهیم داشت.»

آزمایشگاه اندازه گیری مواد کوانتومی و مغناطیسی در حال ظهور بخشی از گروه تحقیقاتی آلمیشال در علم مواد کوانتومی است که در موسسه تحقیقات مواد در مجتمع علوم هزاره قرار دارد. دانشجویان کارشناسی و کارشناسی ارشد بخشی از این گروه هستند. انتظار می رود این آزمایشگاه طیف وسیعی از ابزارها را برای کشف خواص مغناطیسی، از جمله در شرایط گرمای مختلف، ارائه دهد.

آلمیشال گفت که تیمی که در زمینه توسعه مواد جدید پیش می رود، قصد دارد با صنعت در توسعه بیشتر فیلم برای استفاده در لوازم الکترونیکی مصرفی روزمره همکاری کند. ماریا گفت که این کار پتانسیل را برای کارایی بسیار بیشتر در مراکز داده در مقیاس بزرگ ارائه می دهد که انرژی قابل توجهی مصرف می کنند.

ماریا گفت: «چنین مواد یک رویکرد بالقوه برای دستیابی به راندمان بالا - 10 تا 100 برابر کارآمدتر - در مراکز داده ارائه می‌دهند.

ماریا افزود که این پیشرفت حاکی از ارزش حیاتی و اثر گلوله برفی تحقیقات پایه است. این شامل کشت HEO است که بیش از یک دهه پیش شروع شده است.

آلمیشال، که ماریا به عنوان دانشجوی دکترا به او توصیه می کرد، گفت که تلاش اولیه نه با یک نقطه پایانی خاص، بلکه با میل عمومی به درک امکانات پیشرفته در متالورژی، علم ایجاد آلیاژها و سایر اجزای فلزی آغاز شد.

ماریا می‌گوید: «آزمایش‌های اولیه باعث پیشرفت‌های مهمی می‌شوند که تغییرات مؤثری ایجاد می‌کنند. مهم این است که ما پیدایش طولانی کار را بشناسیم.»

سعید اس. آی. آلمیشال و همکاران، کریستالینیت غیرعادی و مغناطیس در ساختارهای ناهمگون منسجم شیمیایی، مواد پیشرفته (2026). DOI: 10.1002/adma.73998

اطلاعات مجله: Advanced Science , Advanced Materials

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →