研究人员利用二维磁性材料进行节能计算

由磁性材料制成的实验计算机存储器和处理器比传统的硅基设备消耗的能源少得多。二维磁性材料由只有几个原子厚的层组成，具有令人难以置信的特性，可以使基于磁性的设备实现前所未有的速度、效率和可扩展性。

虽然在这些所谓的范德华磁性材料能够集成到功能计算机中之前必须克服许多障碍，但麻省理工学院的研究人员通过展示在室温下对范德华磁体的精确控制，朝这个方向迈出了重要的一步。

这是关键，因为由原子薄范德华材料组成的磁体通常只能在极冷的温度下进行控制，这使得它们很难在实验室外部署。

研究人员在室温下使用电流脉冲来切换装置的磁化方向。磁开关可用于计算，就像晶体管在打开和关闭之间切换以表示二进制代码中的 0 和 1 一样，或者在计算机内存中，通过开关可以存储数据。

该团队向由新材料制成的磁铁发射了电子脉冲，这种新材料可以在更高的温度下维持其磁性。该实验利用了电子的一种称为自旋的基本特性，这使得电子的行为就像微小的磁铁一样。通过操纵撞击设备的电子自旋，研究人员可以改变其磁化强度。

麻省理工学院媒体实验室和中心的 AT&T 职业发展助理教授 Deblina Sarkar 表示：“与大块磁性器件相比，我们开发的异质结构器件需要低一个数量级的电流来切换范德华磁体。”神经生物学工程博士，纳米控制生物迷航实验室负责人，也是该技术论文的高级作者。“我们的设备也比其他无法在室温下切换的范德华磁体更节能。”

未来，这种磁铁可用于制造速度更快、耗电量更少的计算机。它还可以启用非易失性的磁性计算机存储器，这意味着它们在断电时不会泄漏信息，或者使复杂的人工智能算法更加节能的处理器。

“在尝试改进过去效果良好的材料方面存在很大的惰性。但我们已经证明，如果你做出彻底的改变，从重新考虑你所使用的材料开始，你可能会得到更好的解决方案，”萨卡实验室的研究生、该论文的共同主要作者 Shivam Kajale 说。

Kajale 和 Sarkar 与联合主要作者 Thanh Nguyen 共同撰写了这篇论文，Thanh Nguyen 是核科学与工程系 (NSE) 的一名研究生。Corson Chao，材料科学与工程系(DSME)研究生;David Bono，DSME 研究科学家;Artittaya Boonkird，NSE 研究生;李明达，核科学与工程副教授。该研究 发表在本周的《自然通讯》杂志 上 。