La gauche montre la micrographie de la force atomique, présentant un motif de structure en nid d'abeille derrière un dispositif magnétique. L'encart montre le schéma de la direction du flux de courant. À droite :les données électriques révèlent le comportement de type diode du courant circulant dans une direction. L'encart montre que la puissance dissipative est de l'ordre du nano-watt dans le sens de circulation du courant, qui est au moins trois ordres de grandeur plus petit que la diode semi-conductrice. Crédit :Deepak Singh
Parmi les principales plaintes pour smartphone, ordinateur portable et autres utilisateurs d'appareils électroniques fonctionnant sur batterie est que la durée de vie de la batterie est trop courte et, dans certains cas, que les appareils génèrent de la chaleur. Maintenant, un groupe de physiciens dirigé par Deepak K. Singh, professeur agrégé de physique et d'astronomie à l'Université du Missouri, a développé un matériel de dispositif qui peut résoudre les deux problèmes. L'équipe a déposé une demande de brevet pour un matériau magnétique qui utilise une structure unique :un réseau en « nid d'abeilles » qui présente des propriétés électroniques distinctives.
"Diodes et amplificateurs à semi-conducteurs, qui sont souvent en silicium ou en germanium, sont des éléments clés des appareils électroniques modernes, " dit Singh, qui est également le chercheur principal du laboratoire de recherche sur le magnétisme et la supraconductivité à MU. "Une diode conduit normalement le courant et la tension à travers l'appareil le long d'une seule direction de polarisation, mais quand la tension est inversée, le courant s'arrête. Ce processus de commutation coûte une énergie importante en raison de la dissipation, ou l'épuisement de la source d'alimentation, affectant ainsi la durée de vie de la batterie. En remplaçant le semi-conducteur par un système magnétique, nous pensions pouvoir créer un appareil énergétiquement efficace qui consomme beaucoup moins d'énergie avec des fonctionnalités améliorées."
L'équipe de Singh a développé un matériau nanostructuré créé par dépôt d'un alliage magnétique, ou permalloy, sur le gabarit structuré en nid d'abeille d'une surface de silicium. Le nouveau matériau conduit le courant unidirectionnel, ou des courants qui ne circulent que dans un sens. Le matériau a également un pouvoir dissipatif nettement inférieur à celui d'une diode semi-conductrice, qui est normalement inclus dans les appareils électroniques.
La diode magnétique ouvre la voie à de nouveaux transistors magnétiques et amplificateurs qui dissipent très peu de puissance, augmentant ainsi l'efficacité de la source d'alimentation. Cela pourrait signifier que les concepteurs pourraient augmenter la durée de vie des batteries de plus de cent fois. Une puissance dissipative moindre dans les processeurs informatiques pourrait également réduire la chaleur générée par les processeurs des ordinateurs portables ou des ordinateurs de bureau.
« Bien que davantage de travaux doivent être effectués pour développer le produit final, l'appareil pourrait signifier qu'une charge normale de 5 heures pourrait augmenter à plus de 500 heures de charge, " a déclaré Singh. " L'appareil pourrait également agir comme un " interrupteur marche/arrêt " pour d'autres composants périphériques tels que des caméras en circuit fermé ou des atténuateurs de fréquence radio, ce qui réduit la puissance circulant dans un appareil. Nous avons déposé une demande de brevet aux États-Unis et avons entamé le processus d'incorporation d'une entreprise dérivée pour nous aider à commercialiser l'appareil."
La startup proposée associée à cette recherche, souligne l'impact de l'université sur les efforts de développement économique de l'État, dont la valorisation des recherches menées à Mizzou, développement de la main-d'œuvre et croissance de l'emploi, amélioration de la qualité de vie des résidents, et attirer des sociétés et des entreprises dans l'État. Les entreprises qui commercialisent les technologies MU ont obtenu des centaines de millions de dollars d'investissements et de subventions pour faire avancer leurs efforts de commercialisation. En 2017, l'Office of Technology Management and Industry Relations a signalé que 31 brevets américains avaient été délivrés à des membres de la communauté MU.
Les études, « Comportement de la diode magnétique à température ambiante dans les nids d'abeilles 2D » et « Spin solide par rapport à l'état ordonné de charge magnétique dans un réseau artificiel en nid d'abeilles d'éléments connectés, " ont été publiés dans Matériaux électroniques avancés et Sciences avancées , respectivement.
