意想不到吧?新研究利用“电子自旋”可为设备供电!

意想不到吧?新研究利用“电子自旋”可为设备供电!
2019年06月17日 10:30 新浪网 作者 博科园

基于美国空军开发现场充电最少的技术设备需要,德克萨斯大学圣安东尼奥分校(UTSA)正在利用量子科学和工程原理,建造一种基于石墨烯的逻辑设备。这项新技术将提高从手机到电脑等依赖电池的设备能源效率。UTSA电气工程助理教授伊森•安(Ethan Ahn)表示:我们正在开发几乎不需要电池就能运行的设备。UTSA工程师们正在使用自旋电子学,即研究电子内在量子力学特性的自旋学,使低功耗操作成为可能,并在量子计算中得到应用。

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博科园:电子是一种很小但非常强的磁铁,想象一下,一个电子绕着它自己的轴旋转,向上或向下。传统技术设备使用电子电荷来发电。在自旋电子学中,研究人员正在利用电子固有的自旋作为一种新能量来源。用这种新方法,设备将需要更少的电子来运作。然而,利用自旋的力量也有一些障碍。在利用电子自旋来传输信息的量子计算中,研究人员面临的挑战是如何尽可能有效地捕获自旋。如果有100个电子注入通道来驱动下一个逻辑电路。

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可能只能使用一两个自旋,因为注入效率非常低,这是98%的自旋损失。为了防止自旋损失,Ahn提出了利用纳米材料作为自旋输运通道和隧道屏障的“零功率碳互连”新思路。这些纳米材料就像一张纸,一个只有几纳米厚度的二维碳原子层,是自旋注入设备的接触点,原型是一个用还原氧化石墨烯层构建的互连体。这很新颖,因为正在使用石墨烯,一种纳米材料,来增强自旋注入。通过控制石墨烯层上氧化物的数量,可以微调电子的导电性。

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  • 德克萨斯大学圣安东尼奥分校(UTSA)正在利用量子科学和工程学的原理,建造一种基于石墨烯的逻辑器件。这项新技术将提高从手机到电脑等依赖电池的设备能源效率。图片:UTSA

石墨烯具有广泛的吸引力,因为它是世界上最强的纳米材料。事实上,石墨烯室温电导率高于任何其他已知材料。如果成功的话,和在德克萨斯大学奥斯汀分校和密歇根州立大学的合作者正在创造零功率碳互连将被集成到计算机芯片的逻辑组件中。该设备一旦研发成功,将提交给美国空军科学研究办公室,该办公室正在用一笔为期三年的拨款支持UTSA研究工作。军方需要更小的设备,可以在不需要充电的情况下在偏远地区作业。如果零功耗碳互连成功。

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将提高石墨烯自旋子的效率——这是推进下一代低功耗电子产品(如量子计算)的关键一步。这种互联也可能对云计算行业大有裨益,根据数据知识中心的数据,仅亚马逊网络服务等按需云计算平台就消耗了全国约2%的能源。如果“零能耗碳互连”取得成功,像Netflix或host data这样提供流媒体服务的云服务器就可以运行得更快、耗电量更少。

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博科园-科学科普|研究/来自: 德克萨斯大学圣安东尼奥分校/Milady Nazir

参考期刊文献:《

Nature Astronomy

DOI: 10.1038/s41550-019-0723-1

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