推动节能电子产品的一项重要进展

时间:2020-04-06 18:37 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

推动节能电子产品的一项重要进展

科学家们在开发新一代电子产品方面取得了突破,这种电子产品需要更少的能量,产生更少的热量。

它涉及到利用电子的复杂量子特性——在这个例子中是电子的自旋态。

由来自利兹大学的物理学家领导的研究小组在《科学进展》杂志上宣布,他们创造了一种“自旋电容器”,这种电容器能够产生并保持电子的自旋状态数小时,这在世界上尚属首次。

之前的尝试只维持了几分之一秒的自旋状态。

在电子学中,电容器以电荷的形式储存能量。自旋电容器是这个想法的一个变体:它不仅能储存电荷,还能储存一组电子的自旋状态——实际上它“冻结”了每一个电子的自旋位置。

捕捉自旋态的能力开启了开发新设备的可能性,这种设备可以高效地存储信息,使存储设备变得非常小。一平方英寸的自旋电容可以存储100兆兆字节的数据。

这项研究的负责人、物理与天文学院的副教授奥斯卡·塞斯佩德斯博士说:“这是一项微小但意义重大的突破,它可能成为一场利用量子技术原理推动的电子学革命。”

“目前,电脑或手机等电子设备中高达70%的能量以热能的形式流失,而这些能量来自通过设备电路的电子。”它导致了巨大的效率低下,限制了当前技术的能力和可持续性。互联网的碳足迹已经与航空旅行相似,并且逐年增加。

“利用光和环保元素的量子效应,就不会有热量损失。这意味着当前技术的性能可以继续以一种更高效、更可持续的方式发展,所需的电力也会少得多。”

论文的主要作者之一、来自利兹的马修·罗杰斯博士评论说:“我们的研究表明,未来的设备可能不再依赖于磁性硬盘。代替。他们会有由光驱动的自旋电容器,这将使他们非常快,或者通过电场,这将使他们非常节能。

“这是一个令人兴奋的突破。量子物理学在电子学上的应用将产生新的、新颖的器件。

推动节能电子产品的一项重要进展

自旋电容器是如何工作的

在传统的计算中,信息被编码并以比特的形式存储:例如,在硬盘上存储0和1。这些0和1可以通过磁盘上微小磁化区域的极性变化来表示或存储在硬盘上。

利用量子技术,自旋电容器可以利用光或电场来读写电子自旋状态的编码信息。

研究小组利用一种叫做巴克敏斯特富勒烯(巴克球)的碳、锰氧化物和钴磁性电极构成的先进材料界面,开发出了这种自旋电容器。纳米碳与氧化物之间的界面能够捕获电子的自旋态。

在磁电极存在的情况下,利用巴克球中的碳原子与金属氧化物之间的相互作用,延长了自旋态衰变所需的时间。

一些世界上最先进的实验设施被用作调查的一部分。

研究人员使用了位于巴塞罗那的ALBA同步加速器,该加速器使用电子加速器来产生同步加速器光,使科学家能够可视化物质的原子结构并研究其性质。瑞士Paul Scherrer研究所的低能介子自旋光谱学被用来监测样品内部十亿分之一米范围内光和电照射下的局部自旋变化。介子是亚原子粒子。

实验分析的结果是在英国科学技术设施委员会的计算机科学家的帮助下解释的,该委员会拥有英国最强大的超级计算机之一。

科学家们相信,他们所取得的进步是可以建立在这些基础上的,尤其是那些能够长时间保持自旋状态的设备。

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