美因茨大学 采用压电效应的器件结构图
学分:美因茨大学 无论是给祖父母发几张孩子的照片，播放电影或音乐，还是上网几个小时，我们社会产生的数据量一直在增加
但是这是有代价的，因为存储数据会消耗大量的能量
假设数据量在未来继续增长，相关能耗也将增加几个数量级
例如，据预测，到2030年，信息技术部门的能耗将上升到10千兆瓦时，即10万亿千瓦小时
这大约相当于全球发电量的一半
但是，如何才能降低服务器运行所需的电量呢？数据通常在磁化的帮助下存储在存储层中
为了写入或删除数据，电流通过铁磁多层结构，在那里流动的电子产生有效的磁场
存储层中的磁化“感应”该磁场并相应地改变其方向
然而，每个电子只能使用一次
在高能效数据存储方面向前迈出的重要一步是构建一个包含重金属(如铂)的铁磁存储层
当电流流过重金属时，电子在重金属和铁磁层之间来回切换
这种技术的最大优点是电子可以多次重复使用，写入数据所需的电流减少了一千倍
存储过程的效率翻倍 约翰尼斯·古腾堡大学美因茨(JGU)的一组研究人员与福尔松赞特勒姆·尤里奇的研究人员合作，现在已经找到了一种方法，可以再次将这一存储过程的效率提高一倍
JGU科学家玛丽里亚·菲利阿尼纳解释说:“我们使用压电晶体，而不是像通常那样使用简单的硅作为衬底。”
“我们将重金属层和铁磁性层连接在一起
“如果在压电晶体上施加电场，就会在晶体中产生机械应变
这又提高了存储层的磁切换效率，存储层是提供数据存储的元件
效率提高的程度由系统和电场强度决定
菲利阿尼纳说:“我们可以直接测量效率的变化，从而调整适当的场强——实际上是在飞行中。”
换句话说，可以通过调节压电晶体所暴露的电场强度来直接控制磁开关过程的功效
这不仅显著降低了能耗，还使得使用复杂的体系结构进行信息存储成为可能
研究人员提出，如果电场只施加到压电晶体的一小部分区域，开关效率只会在该位置增加
如果他们现在调整系统，使得电子的自旋扭矩只能在压电晶体中的应变被放大时被转换，他们就可以局部地改变磁化强度
“使用这种方法，我们可以很容易地实现多级存储器和复杂的服务器架构，”菲利阿尼纳说，他是美因茨卓越研究生院和马克斯·普朗克研究生中心材料科学的博士生
“我很高兴与我们在尤里克的同事的合作进展顺利
没有他们理论分析的帮助，我们将无法解释我们的观察
我期待着继续与他们就最近共同获得的ERC协同赠款进行合作，”负责协调实验工作的马蒂亚斯·克莱教授强调说
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