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La spintronique et la souche électronique pourraient alimenter les futurs appareils à très faible consommation – High-teK.ca

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Le processeur, la carte graphique intégrée et les autres composants embarqués qui composent certains des PC ultra-légers basse consommation les plus populaires nécessitent si peu d’énergie que leurs blocs d’alimentation et piles ont des millimètres d’épaisseur. Imaginez si même ces blocs d’alimentation et ces batteries pouvaient être retirés, et ces ordinateurs alimentés par le mouvement ou en puisant l’énergie ambiante de l’environnement qui les entoure. Grâce à la spintronique et à la souche électronique, deux technologies qui commencent tout juste à sortir du tableau noir et à devenir réalité, nous pourrions être sur la bonne voie.

Des chercheurs de la Virginia Commonwealth University ont travaillé avec la spintronique hybride et la souche électronique et les matériaux composites pour proposer des systèmes informatiques qui nécessitent des quantités d’énergie incroyablement petites pour stocker et récupérer des données. Pour comprendre comment spintronique et que la électronique de contrainte fonctionne, la première chose que vous devez comprendre est que les électrons ont un spin naturel, vers le haut ou vers le bas. Spin électronique est une propriété naturelle et intrinsèque de la particule et, dans le contexte de la spintronique, est utilisée pour stocker des données en zéros et en uns. En revanche, dans les systèmes informatiques traditionnels, nous encodons ces informations sur des parties d’un disque dur en appliquer un champ magnétique à l’aide d’une petite tension.

La spintronique nous permet de stocker ces mêmes zéros et uns sur les électrons eux-mêmes en lisant ou en inversant leur spin naturel. Cela nécessite très peu d’énergie – beaucoup moins que l’application d’un champ magnétique à un disque dur traditionnel, l’enregistrement de données sur un Clé USB NAND, ou d’autres méthodes payantes de stockage d’informations sur des appareils électroniques. Cependant, le problème avec cette méthode d’enregistrement des informations est que, lorsqu’elle est adaptée à la vitesse et au volume requis pour les appareils complexes, vous êtes obligé d’utiliser beaucoup d’énergie pour retourner un grand nombre d’électrons. Lorsque vous le faites, vous finissez par perdre une grande partie de l’énergie que vous économiseriez autrement à plus petite échelle. Même s’il nécessite globalement moins d’énergie, le mécanisme nécessaire pour retourner les électrons et lire leurs états finit par devenir la partie la plus inefficace du système.

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C’est là qu’intervient la Straintronics. La Straintronics est une autre technologie émergente qui exploite des matériaux spéciaux appelés multiferroïquesou des matériaux composites spéciaux qui présentent de multiples propriétés ferroïques (comme la capacité de devenir magnétique ainsi que la capacité d’être polarisé par un champ magnétique externe, par exemple. La plupart des métaux ayant des propriétés ferroïques présentent l’une de ces propriétés, et non plusieurs.) Le les matériaux utilisés en électronique de contrainte consistent en un nano-aimant magnétostrictif, qui change de forme lorsqu’une petite tension est appliquée à travers lui, et une couche piézoélectrique, qui peut produire cette tension grâce à des changements incroyablement petits et subtils dans l’environnement ambiant ou à l’application d’électricité directement .

Le résultat est que lorsqu’une tension est appliquée au matériau, il génère une « contrainte » dans la couche piézoélectrique ou change de forme en réponse à la tension. Cette contrainte représente toute l’énergie nécessaire pour faire basculer les électrons dans le nano-aimant de haut en bas. Mieux encore, en utilisant cette méthode, l’énergie perdue est d’environ un milliardième de milliardième de joule (aussi bas que 0,4 attojoules). Lorsque vous travaillez avec des quantités d’énergie aussi petites, vous vous retrouvez avec un système qui peut être alimenté par les mouvements du corps, les brises, les vibrations ambiantes des personnes ou des véhicules qui passent ou les vagues de la mer.

Étant donné que la quantité d’énergie requise est si faible, les premières applications que les chercheurs envisagent pour cette nouvelle technologie sont des systèmes qui n’ont pas besoin de stocker beaucoup d’informations, mais qui sont par la suite suffisamment petits pour ne pas nécessiter beaucoup d’énergie pour fonctionner : ordinateurs médicaux implantables qui peut fonctionner grâce à l’énergie des activités quotidiennes d’un patient et n’a jamais besoin d’être rechargée, par exemple. De même, les chercheurs voient des possibilités pour des systèmes qui reposent sur des bouées océaniques et peuvent se charger des vagues de l’océan.

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Franchement, ces applications ne sont que le début. Au fur et à mesure que la technologie évolue, la spintronique et la souche électronique pourraient être la clé de moyens nouveaux et uniques pour les composants informatiques de stocker, lire et transmettre des informations sur des systèmes embarqués, conduisant à des systèmes informatiques plus petits, plus légers et plus portables qui ne nécessitent pas de batteries ou de systèmes traditionnels. alimentations pour fonctionner. Imaginez un smartphone qui se recharge en étant dans votre poche pendant que vous vous promenez dans le bureau, ou un ordinateur portable ultra-léger qui repose sur une plaque à induction, chargé par les vibrations de vos collègues qui passent devant votre bureau. Certes, la technologie est loin d’être à ce niveau, et il faudra encore plusieurs années avant que la technologie ne sorte du laboratoire et entre les mains d’ingénieurs capables de proposer des applications commerciales, mais la possibilité est certainement là.

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[Image credit: Berkeley Lab]

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