Hợp kim Niken-Vonfram: Chìa khóa cho công nghệ bộ nhớ siêu tiết kiệm năng lượng

11 giờ trướcBài gốc

Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Minnesota Twin Cities (Mỹ) đã công bố một khám phá đáng chú ý khi sử dụng hợp kim Niken-Vonfram (Ni₄W) trong công nghệ bộ nhớ. Vật liệu này hứa hẹn giúp bộ nhớ hoạt động nhanh hơn, bền hơn và đặc biệt là tiết kiệm điện năng đáng kể. Đây có thể là chìa khóa mở ra tương lai điện tử xanh, hiệu quả và thân thiện với môi trường.

Theo nhóm nghiên cứu, Ni₄W không phải là một vật liệu thông thường. Nó có cấu trúc đối xứng thấp, điều này cho phép nó thể hiện những đặc tính kiểm soát từ tính cực mạnh mẽ. Đây được coi là một bước tiến đột phá trong lĩnh vực công nghệ bộ nhớ. Công trình này đã được công bố trên tạp chí khoa học Advanced Materials và đã được cấp bằng sáng chế, cho thấy tiềm năng ứng dụng rất lớn trong thực tế.

Vật liệu có tính đối xứng thấp này tạo ra "mômen xoắn spin-orbit" mạnh mẽ - một cơ chế quan trọng để điều khiển từ tính trong các công nghệ bộ nhớ và logic thế hệ tiếp theo. Ảnh minh họa: ScienceDaily.

Hợp kim Niken-Vonfram giúp tiết kiệm năng lượng và tăng tốc độ

Lợi ích rất lớn mà hợp kim Niken-Vonfram mang lại chính là khả năng giảm tiêu thụ năng lượng đáng kể. Giáo sư Jian-Ping Wang, một trong những tác giả chính của nghiên cứu, nhấn mạnh rằng Ni₄W giúp "giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng để ghi dữ liệu". Hãy tưởng tượng, điện thoại của bạn có thể dùng lâu hơn, hóa đơn tiền điện cho các trung tâm dữ liệu khổng lồ cũng giảm đi. Điều này không chỉ có lợi cho túi tiền người dùng mà còn góp phần lớn vào việc bảo vệ môi trường, hướng tới một nền điện toán bền vững hơn.

Hiện tại, nhu cầu về công nghệ bộ nhớ ngày càng cao, đòi hỏi hiệu suất mạnh mẽ nhưng cần phải tiêu thụ ít năng lượng. Ni₄W chính là câu trả lời cho bài toán đó. Nó mở đường cho việc phát triển các loại bộ nhớ máy tính và thiết bị logic (xử lý thông tin) nhanh hơn, hiệu quả hơn. Nhờ đó, các thiết bị điện tử trong tương lai, từ chiếc đồng hồ thông minh bạn đeo tay cho đến hệ thống máy chủ vận hành internet, sẽ trở nên thông minh hơn, xử lý tác vụ mượt mà hơn mà vẫn thân thiện với môi trường.

Cơ chế làm nên sức mạnh đặc biệt của Ni₄W

Điều gì làm nên sức mạnh đặc biệt của Ni₄W? Bí mật nằm ở cơ chế gọi là "mômen xoắn spin-orbit" (Spin-Orbit Torque – SOT) mạnh mẽ mà vật liệu này tạo ra. Sinh viên Yifei Yang, đồng tác giả của nghiên cứu, giải thích rằng Ni₄W có khả năng tạo ra dòng spin (một loại dòng điện siêu nhỏ gắn với từ tính) theo nhiều hướng khác nhau.

Điểm then chốt là Ni₄W cho phép "chuyển đổi không cần từ trường" ("field-free" switching). Hiểu đơn giản, thông thường để thay đổi trạng thái từ tính của vật liệu (ví dụ: ghi 0 hoặc 1 vào bộ nhớ), người ta thường cần dùng đến từ trường từ bên ngoài, vốn tốn nhiều năng lượng. Nhưng với Ni₄W, nó có thể tự xoay chuyển trạng thái từ tính mà không cần đến nam châm hay từ trường phụ trợ. Điều này mang lại hiệu quả SOT rất cao và là yếu tố cực kỳ quan trọng giúp các thiết bị spintronic (thiết bị dùng spin của electron để xử lý thông tin) trong tương lai có tốc độ cao và tiêu thụ ít năng lượng hơn hẳn. Đây chính là cơ chế cốt lõi để thao túng từ tính trong các công nghệ bộ nhớ và logic thế hệ mới.

Tiềm năng ứng dụng rộng rãi

Một trong những lý do khiến hợp kim Niken-Vonfram được kỳ vọng sẽ nhanh chóng phổ biến là tính thực tế trong sản xuất. Ni₄W không phải là vật liệu hiếm hay đắt đỏ. Nó được làm từ các kim loại rất phổ biến và có thể được sản xuất bằng các quy trình công nghiệp tiêu chuẩn hiện nay. Seungjun Lee, một thành viên khác của nhóm nghiên cứu, bày tỏ sự hào hứng khi các tính toán của họ đã được xác nhận bằng thực nghiệm.

Điều này có ý nghĩa rất lớn. Khi một vật liệu vừa hiệu quả, vừa dễ sản xuất, lại có chi phí thấp, nó sẽ trở nên cực kỳ hấp dẫn đối với các công ty công nghệ. Chính vì thế, các nhà nghiên cứu tin rằng Ni₄W có thể sớm được tích hợp vào các thiết bị hàng ngày, từ chiếc đồng hồ thông minh, chiếc điện thoại di động, cho đến các máy chủ khổng lồ trong các trung tâm dữ liệu.

Hiện tại, nhóm nghiên cứu vẫn đang tiếp tục làm việc để phát triển các thiết bị sử dụng vật liệu này với kích thước nhỏ hơn nữa, mở ra những tiềm năng ứng dụng còn xa hơn trong tương lai.

Khám phá về hợp kim Niken-Vonfram (Ni₄W) là một cột mốc quan trọng, một bước tiến lớn cho ngành công nghiệp điện tử toàn cầu. Với khả năng tiết kiệm năng lượng vượt trội và tăng cường hiệu suất hoạt động mà không cần đến từ trường ngoài, Ni₄W không chỉ hứa hẹn kéo dài tuổi thọ pin cho các thiết bị cá nhân mà còn góp phần tạo nên một hạ tầng số bền vững hơn. Phát minh này một lần nữa cho thấy, những vật liệu tưởng chừng nhỏ bé nhưng với nghiên cứu khoa học đúng hướng, có thể mang lại những thay đổi lớn lao, thậm chí định hình công nghệ tương lai cho cả ngành một công nghiệp.

Mạnh Chiến

Nguồn Công dân & Khuyến học : https://congdankhuyenhoc.vn/hop-kim-niken-vonfram-chia-khoa-cho-cong-nghe-bo-nho-sieu-tiet-kiem-nang-luong-179250721104452241.htm