中国科技网 《应用物理学快报》杂志刊登了美国加州大学圣迭戈分校的物理学家伊凡·舒尔研究团队的最新发现:一种依靠微小的温度变化就能改变其磁性的高灵敏磁性材料,新材料或许能用来制造磁性储存器,提高计算机硬盘的存储性能。
这种材料目前还没有名字,但舒尔表示:“磁性氧化物混合物”或许能恰如其分地表达出其独特的属性。据美国趣味科学网站近日报道,新材料由薄薄一层镍和一层氧化钒组成,镍有磁性且对热很敏感,而氧化钒的属性则会随温度发生改变。温度低时,氧化钒像绝缘体;温度高时像金属。舒尔表示:“将一层氧化物和一层磁性材料放在一起,我们能制造出拥有独特磁性的人工材料。”
舒尔解释道,任何磁性材料都有两个非常重要的属性:磁化和矫顽力—指在磁性材料已磁化到磁饱和后,使其磁化强度减到零所需要的磁场强度,后者对温度的依赖很弱。比如,磁性冰箱贴的矫顽力非常大,因此,在室温下,其磁性能始终保持,为了减少其矫顽力使其不再具有磁性,必须将其加热到很高的温度;而为了让其再次拥有磁性,必须将其置于一个磁场中。但新材料的矫顽力在10摄氏度的变化范围内就能显著改变,因此,不需要将其加热到高温就可以让其再次拥有磁性。
舒尔表示,这项刚刚起步的研究有两个潜在的应用领域:存储器和变压器。未来的磁性存储系统必须使用激光器加热,但使用新材料,或许只需将其加热20开尔文就能让其矫顽力改变5倍。而且,这种材料也许还能被用于电网中,由其制成的新型变压器能像所谓的“电流故障限制器”一样,应付突然而至的电流尖脉冲。
更重要的是,除了使用温度,他们或许也能使用电压或电流来控制磁性材料的矫顽力。未参与该研究的西弗吉尼亚大学物理学家戴维·李德曼说:“仅仅通过电压施加电场来控制磁性对于数据存储和磁性传感器来说都至关重要。一般情况下,磁性由磁场来控制,但在小范围内施加磁场非常困难,而施加电场容易一点,反应也要快很多。因此,新材料能应用于多个领域,比如回转轮、手机、GPS接收器、罗盘等。”
不过,李德曼也表示,迄今为止,还未曾有人演示过这种通过电控制磁性的方法,未来应该有人做到,这将“产生巨大的技术影响”。
新闻扩展:
磁性材料可使未来计算机效率提高1000倍
经常使用笔记本电脑的人都知道,笔记本电脑处理器释放的热量很惊人。尽管经历了数年的处理器设计完善,CPU运行还是少不了释放大量热能。
这些都是能够用于其它生产目的的废热。
加州大学洛杉矶分校的一队工程师研发了一种使用名为多铁性材料的磁性材料来提高集成电路效率的方法。
我们的计算机、手机甚至是电视机中的标准处理器依靠上百万甚至几亿的晶体管制成的集成电路。一个晶体管就是极小的电子开关,在相互连接时充当逻辑闸(AND、OR等)。使电流通过一个晶体管就相应地减少一定的效率,最终释放出热量,导致失去电子。
而在晶体管空间越来越狭小之后,情况就越发严重。而多铁性材料能够借助自选波现象来避免上述现象的发生。
多铁性材料能够通过改变电压来开启或关闭。这使它能够通过级联式旋转将能量从一点携带到另一点。这种复杂的磁效应被称为自旋波总线,你可以将它想象成海浪。波浪能朝着海岸方向前进,但单个的水分子不需要向任何方向移动。
工程师们设计出一种芯片来检测多铁性材料保持稳定的自旋波总线的能力。实验中使用的装置包括压电衬底上的镍薄膜,初始电压作用于压电衬底基片产生自旋波。
芯片中间是一个5微米宽的铁磁带,充当自旋波主线的波导,引导能量从电路的一端向另一端移动,过程中不需要移动任何电子。这个方法成功产生电压制动的自旋波,尽管距离代替普通充电电流还有需要很长时间。
研究小组相信,通过自旋波主线提高效率将在未来使处理器的效率提高至少1000倍。也将引领新一代低耗能、低释能设备的产生。未来或许会有那么一天,将笔记本放在膝盖上却不用担心膝盖被烫伤。
美国海军科学家取得新型抗磁性材料专利
据报道,美国海军水面战中心成功申请了一种名为“Galfenol”的新型智能抗磁性材料的专利。
Galfenol是一种磁致伸缩性智能材料,可用于传感器、制动器和结构支撑。该材料由海军水面战中心和能源部艾姆斯实验室于1999年共同发现。美国边缘技术公司在过去13年中共同参与了开发。
据海军水面战中心资深科学家解释,铁本身就被认为是一种磁致伸缩性材料,可通过施加磁场和压力改变其形状。1999年,研究人员已经发现在铁中加入镓元素可以10倍计地增强其磁致伸缩性能力。铁镓(Galfenol)材料拥有很好的延伸性能(可被拉伸成线材或加工出螺纹),宽广的温度稳定性,以及能量吸收(energy-harvesting)能力。
海军对如Galfenol这样的磁致伸缩性材料非常感兴趣,因为他们可被用于制造舰船和潜艇用的制动器和声纳换能器。目前用于制动器和声纳换能器制造材料相比Galfenol而言脆性较大。Galfenol还可作为结构支撑用于机械(如发电机)的振动部件。当机械运转时,Galfenol可吸收振动能量。这样,更少能量被传递到舰船和潜艇的外壳,从而降低其声学信号。