Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Technika pozwalająca na elektryczną kontrolę parametrów termicznych materiałów

ghost666 29 Lis 2014 11:33 1947 1
  • Technika pozwalająca na elektryczną kontrolę parametrów termicznych materiałówNaukowcy opracowali nową metodę przełączania własności magnetycznych, termicznych o optycznych materiałów poprzez przykładanie niewielkiego napięcia. Badacze z MIT (Massachusetts Institute of Technology, ang. Instytut Technologiczny w Massachusetts) wraz z współpracownikami spoza uczelni opracowali metodę, której wykorzystanie może być początkiem tworzenia nowej klasy materiałów z przełączalnymi własnościami fizycznymi.

    Opracowana technika może posłużyć do przełączania wielu własności fizycznych materiału: własności magnetycznych, termicznych, ale także może zmieniać przewodność materiału czy też wpływać na to, jak odbija on światło. Pierwszą aplikacją opracowanej metody będzie najpewniej nowy rodzaj układu pamięci, który nie wymaga zasilania do podtrzymywania zapisanych informacji, co może drastycznie zmniejszyć zapotrzebowanie układów tej klasy na energię elektryczną. Miałoby to szczególnie istotne znaczenie w urządzeniach przenośnych, gdzie zużycie baterii jest jednym z częstych ograniczeń użyteczności tego urządzenia.

    Odkrycie naukowców z MIT opisane zostało niedawno w prestiżowym Nature Materials. Pierwszym autorem tej publikacji jest Uwe Bauer, doktorant na MIT, pracujący pod kierownictwem profesora Geoffreya Beacha.

    Profesor Beach zajmuje się inżynierią materiałową. Mówi on, iż opublikowana praca to kulminacyjny punkt prac Bauera nad jego doktoratem na temat elektrycznie programowalnych materiałów. Jego praca może doprowadzić do stworzenia nowych, nieulotnych układów pamięci o bardzo niskim zużyciu prądu.

    Koncepcja używania sygnałów elektrycznych do kontroli elementów pamięci magnetycznych nie jest nowa i jest przedmiotem badań wielu działów rozwoju firm z branży mikroelektronicznej, jak mówi profesor Beach. Jednakże zespół naukowców z MIT zrobił wielki krok w przyszłość, realizując praktycznie elementy w tej technice. Struktura tych układów podobna jest do kondensatora, jak tłumaczy Beach, dwie cienkie warstwy przewodzące oddzielone są warstwą izolatora. Warstwa izolatora jest na tyle cienka, iż w pewnych warunkach elektrony mogą przez nią swobodnie tunelować.

    Jednakże odmiennie niż w klasycznym kondensatorze warstwy przewodzące tego układu są namagnesowane. W układzie tym, jedna z warstw przewodzących ma ustaloną magnetyzację, jednakże w przypadku drugiej możliwa jest zmiana orientacji domen poprzez przykładanie napięcia doń. Gdy domeny magnetyczne są ułożone, łatwiej elektronom tunelować z jednej warstwy do drugiej, gdy domeny ułożone w innej z pozycji układ przybiera charakter bardziej izolatora. Te dwa stany mogę reprezentować stany logiczne - 'zero' oraz 'jeden'.

    Prace przeprowadzone na MIT wykazują, iż wystarczy przyłożyć do układu niewielkie napięcie, aby zmienić stan ułożenia domen w układzie, który po ustaleniu się nie zmienia, nawet gdy odłączymy od układu zasilanie. Konwencjonalne pamięci potrzebują ciągłego zasilania do podtrzymania stanu zapisanych informacji. Zespół naukowców z MIT zmierzył ich zmiany własności magnetycznych tego układu są sto razy silniejsze niż porównywalnych układów innych grup badawczych. Silna zmiana magnetyzacji układu zapewnia stabilność działania komórek pamięci opartych o tą technikę.

    Tak doskonałe parametry osiągnięte zostały dzięki skonstruowaniu warstwy izolującej z materiału tlenkowego, w którym następuje zmiana położenia jonów tlenu na skutek przyłożonego napięcia. Naukowcy z MIT pokazali, iż własności warstwy magnetycznej mogą znacznie się zmieniać, gdy jony te przemieszczają się w strukturze próbki.

    Zespół pracuje teraz na zwiększeniem prędkości, przy jakiej może działać ten układ tak, aby możliwe było zrealizowanie układów pamięci. Póki co dotarli oni do zakresu megahercowego, jednak aby ich pamięć była na prawdę konkurencyjna dla używanych dzisiaj układów, trzeba zwiększyć jeszcze prędkość stu czy nawet tysiąckrotnie.

    Naukowcy odkryli także, iż własności magnetyczne zmieniać można nie tylko elektrycznie, ale także przy pomocy impulsu laserowego. Impuls taki delikatnie rozgrzewa próbkę, co ułatwia przemieszczanie atomów tlenu w strukturze. Dzięki tej własności możliwy byłby zapis na dużej powierzchni przy wykorzystaniu skanującego ją lasera.

    Ta sama technika wykorzystana może być do zmieniania innych własności materiałów, jak już wspominano. Profesor Beach tłumaczy, iż własności takie jak reflektywność czy przewodność termiczna mogą być zmieniane poprzez proces chemiczny lub mechaniczny, ale także elektrycznie. "Wszystkie te własności można elektrycznie kontrolować, włączając i wyłączając je wedle woli elektrycznie lub promieniem lasera" - mówi Beach. Własność ta tworzy z dowolnego materiału zasadniczo prostą tablicę do zapisu. Co najciekawsze - cały projekt zaczął się od przypadkowego odkrycia tego efektu. Bauer eksperymentował z warstwą materiału, oczekując iż obserwowane będą tylko efekty pojemnościowe, jednak okazało się, iż nawet po wyłączeniu zasilania własności się nie zmieniły.

    "Myślę, iż opisywana technika będzie miała szerokie pole aplikacji" - mówi Beach, dodając iż do jej implementacji potrzebne są jedynie materiały i metody już szeroko wykorzystywane w przemyśle mikroelektronicznym.

    Źródło:

    http://phys.org/news/2014-11-technique-small-electrical-materials-thermal.html#jCp

    Fajne! Ranking DIY
    O autorze
    ghost666
    Tłumacz Redaktor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 napisał 9436 postów o ocenie 7368, pomógł 157 razy. Mieszka w mieście Warszawa. Jest z nami od 2003 roku.
  • #2
    iagre
    Poziom 35  
    ghost666 napisał:
    Opracowana technika może posłużyć do przełączania wielu własności fizycznych materiału:

    To może w końcu uda się też stworzyć „gazy elektromechaniczne” - gazy których właściwości mechaniczne (cisnienie, sprężystość, lepkość, itd) mogą być „sterowane” polem elektrycznym lub elektromagnetycznym.