Dezordinea chimică activează magnetismul într-o peliculă ceramică pentru electronice cu consum redus
O peliculă mai subțire decât un fir de păr uman ar putea sta la baza unor dispozitive de calcul mai rapide, mai eficiente energetic și capabile să stocheze mai multe date. Rezultatul provine dintr-un studiu realizat de o echipă multi-instituțională condusă de cercetători din cadrul Penn State College of Earth and Mineral Sciences și publicat în revista Advanced Materials.
Materialul prezintă proprietăți magnetice complexe care pot spori eficiența dispozitivelor electronice, a explicat autorul principal Saeed S. I. Almishal, profesor asistent de știința și ingineria materialelor și membru al Materials Research Institute. Potrivit acestuia, generația următoare de electronice avansate va avea nevoie de un control mai eficient al semnalelor electrice și magnetice interne care fac posibilă funcționarea aparatelor de zi cu zi. Materialul dezvoltat de echipă permite inginerilor să rafineze funcțiile magnetice pentru viteze mai mari cu un consum mai mic de energie.
Oxizii cu entropie înaltă, baza noului material
Echipa de cercetare a construit timp de peste un deceniu pe introducerea din 2015 a materialelor ceramice avansate cunoscute sub numele de oxizi cu entropie înaltă (HEO), dezvoltate de co-autorul Jon-Paul Maria, șef interimar al Departamentului de Știința și Ingineria Materialelor. Oxizii reușesc să unească mai multe elemente diverse la nivel atomic în structuri cristaline unice, deschizând calea către o gamă largă de materiale noi utile în știință, inginerie și aplicații energetice.
Pentru acest nou avans, cercetătorii s-au concentrat asupra dezordinii chimice din interiorul structurilor cristaline perfect ordonate, o intersecție pe care au numit-o „cristalinitate anomală”. Echipa a experimentat cu această formă de cristalinitate pentru a crea interfețe stratificate și a genera un fenomen nou în magnetism. Acest fenomen combină atomi diferiți pentru a produce semnale magnetice, care necesită mai puțină energie decât curentul electric pentru a transmite și stoca date.
De la fabricație la testarea magnetismului
Perfecționarea fabricației peliculei subțiri a durat un deceniu, un proces comparat de Almishal cu prepararea unei vopsele și aplicarea ei pe un perete. Efortul, realizat în colaborare cu Oak Ridge National Laboratory din Tennessee, a îmbinat știința materialelor cu fizica pentru a crea interfețele stratificate din interiorul filmului. Cercetătorii au măsurat fenomenele magnetice de-a lungul acestor interfețe și au dezvoltat experimente pentru a rafina pelicula și a o face potrivită pentru utilizarea viitoare în dispozitive electronice.
Potrivit lui Almishal, acest studiu și o lucrare publicată în 2025 în Advanced Science reprezintă un prim pas spre unirea magnonicii, un subdomeniu al fizicii magnetice, cu spintronica, care se concentrează pe comportamentul de spin al electronilor. Combinarea acestor domenii cu experiența tradițională a Penn State în electronice reprezintă o schimbare majoră pentru departament. Almishal dezvoltă primul laborator de magnetism din cadrul colegiului, iar viitorul Laborator de Măsurători pentru Materiale Cuantice și Magnetice va fi dotat cu instrumente pentru explorarea proprietăților magnetice, inclusiv în condiții variate de temperatură.
Eficiență energetică pentru centrele de date
Echipa intenționează să colaboreze cu industria pentru dezvoltarea ulterioară a peliculei în electronicele de consum. Maria a declarat că materialele de acest tip oferă o abordare potențială pentru atingerea unei eficiențe de 10 până la 100 de ori mai mari în centrele de date, care consumă cantități importante de energie, eficiența provenind în mare parte din utilizarea magnetismului. El a adăugat că progresul ilustrează valoarea cercetării fundamentale și efectul de bulgăre de zăpadă, inclusiv cultivarea oxizilor cu entropie înaltă începută cu peste un deceniu în urmă, dintr-o dorință generală de a înțelege posibilitățile avansate din metalurgie, fără un scop final specific.
