Forskare från UAB, i samarbete med ICN2, har utvecklat ett nanoporöst material baserat på en koppar- och nickellegering, med en struktur som liknar den hos en svamp med porer som mäter storleken på en miljonedel av en millimeter, vilket gör det möjligt att hantera och lagra information med mycket lite energi. Dessa nanosvampar kan vara basen för nya magnetminnen för datorer och mobiltelefoner med större energieffektivitet än de som för närvarande finns.

För att lagra information i de konventionella magnetminnena för elektroniska enheter, materialens små magnetiska domäner fungerar genom att peka uppåt eller nedåt enligt magnetfälten. För att generera dessa fält är det nödvändigt att producera elektriska strömmar, men dessa strömmar värmer upp material och en stor mängd energi går åt till att kyla dem. Nästan 40 procent av den elektriska energin som går till datorer (eller "Big Data" -servrar) försvinner som värme.

Under 2007, Franska forskare observerade att när de magnetiska materialen sätts i ultratunna lager och spänning appliceras, mängden ström och energi som behövs för att rikta de magnetiska domänerna minskades med 4 procent. Dock, denna lilla minskning var inte tillräckligt stor för att appliceras på enheter.

Ett forskargrupp som regisseras av Jordi Sort, ICREA -forskare och föreläsare vid Institutionen för fysik vid Universitat Autònoma de Barcelona, med samarbete från Catalan Institute for Nanoscience and Nanotechnology (ICN2), har sökt efter en lösning baserad på magnetiska egenskaper hos ett nytt nanoporöst material som kan öka denna yta. Det nya materialet, som presenteras den här veckan i tidningen Advanced Functional Materials, består av nanoporösa koppar- och nickellegeringsfilmer, organiserat på ett sätt så att insidan bildar ytor och hål som liknar insidan av en svamp, men med en separation mellan porerna på endast 5 eller 10 nanometer. Med andra ord, väggarna i porerna innehåller tillräckligt med utrymme för bara några dussin atomer.

"Det finns många forskare som använder nanoporösa material för att förbättra fysikalisk-kemiska processer, till exempel i utvecklingen av nya sensorer, men vi studerade vad dessa material skulle kunna ge elektromagnetism, "Jordi Sort förklarar." Nanoporerna som finns på insidan av nanoporösa material erbjuder en stor mängd yta. Med denna stora yta koncentrerad i ett mycket litet utrymme kan vi applicera spänningen på ett batteri och enormt minska energin som behövs för att orientera de magnetiska domänerna och registrera data. Detta representerar ett nytt paradigm i dators energibesparing och vid beräkning och hantering av magnetiska data i allmänhet, säger Jordi Sort.

UAB -forskare har byggt de första prototyperna av nanoporösa magnetminnen baserade på koppar och nickellegeringar (CuNi) och har nått mycket tillfredsställande resultat, med en minskning av 35 procent i magnetisk tvång, en storlek relaterad till energiförbrukningen som behövs för att omorientera de magnetiska domänerna och registrera data.

I dessa första prototyper, forskare applicerade spänningen med hjälp av flytande elektrolyter, men arbetar nu med fasta material som kan hjälpa till att implementera enheterna på marknaden. Enligt Jordi Sort, "Att implementera detta material i minnena av datorer och mobila enheter kan erbjuda många fördelar, främst i direkt energibesparing för datorer och avsevärd ökning av mobila enheters autonomi ".

Utvecklingen av nya nanoelektroniska enheter med förbättrad energieffektivitet är en av de strategiska linjer som ingår i Europeiska unionens Horizon 2020 -program. Enligt vissa uppskattningar, om elektrisk ström helt ersätts av spänning i databehandlingssystem, energikostnaderna kan sänkas med en faktor 1/500. Faktiskt, datorservrar för stora företag som Google och Facebook ligger under vattnet, eller i nordiska länder där temperaturen är mycket låg, i syfte att minska värme och energiförbrukning.