Η αδιάκοπη αύξηση των ενεργειακών αναγκών της ψηφιακής κοινωνίας έχει φέρει την επιστημονική κοινότητα αντιμέτωπη με ένα κρίσιμο ερώτημα: πώς θα μπορέσουμε να μειώσουμε την κατανάλωση ενέργειας από μνήμες και επεξεργαστές, τη στιγμή που τεχνολογίες όπως η τεχνητή νοημοσύνη, τα data centers και το Internet of Things καταναλώνουν ολοένα και μεγαλύτερο μερίδιο του παγκόσμιου ηλεκτρισμού;
Μια ομάδα ερευνητών από το Chalmers University of Technology στη Σουηδία φαίνεται να έχει βρει μια απάντηση, παρουσιάζοντας ένα υλικό πάχους μόλις ενός ατόμου που θα μπορούσε να αλλάξει τα δεδομένα στη βιομηχανία των memory chips.
Οι Σουηδοί επιστήμονες ανέπτυξαν ένα δισδιάστατο κρυσταλλικό υλικό που φιλοξενεί ταυτόχρονα δύο αντίθετες μαγνητικές δυνάμεις. Από τη μία, υπάρχει ο σιδηρομαγνητισμός, όπου τα ηλεκτρόνια κινούνται προς την ίδια κατεύθυνση δημιουργώντας ισχυρό μαγνητικό πεδίο. Από την άλλη, συνυπάρχει ο αντισιδηρομαγνητισμός, στον οποίο τα ηλεκτρόνια αλληλοεξουδετερώνονται. Η συνύπαρξη αυτών των δύο καταστάσεων στο ίδιο ατομικό στρώμα δεν είχε παρατηρηθεί ποτέ στο παρελθόν.
Μέχρι σήμερα, η επίτευξη τέτοιου αποτελέσματος απαιτούσε τη σύνθεση πολλαπλών διαφορετικών στρωμάτων. Η διαδικασία αυτή όμως δημιουργούσε τεχνικές αστάθειες, υψηλά κόστη παραγωγής και περιορισμένη αξιοπιστία. Το νέο υλικό, φτιαγμένο από κράμα κοβαλτίου, σιδήρου, γερμανίου και τελλουρίου, παραμένει σταθερό χάρη στις δυνάμεις van der Waals, χωρίς να απαιτούνται χημικοί δεσμοί για την επικάλυψη. Έτσι, αποφεύγονται τα προβλήματα που χαρακτηρίζουν τις πολυστρωματικές δομές.
Η ομάδα του καθηγητή Saroj P. Dash περιγράφει το νέο υλικό ως ένα «προ-συναρμολογημένο μαγνητικό σύστημα» που η επιστήμη κυνηγά εδώ και δεκαετίες. Το μυστικό της αποδοτικότητάς του βρίσκεται σε μια εσωτερική «κλίση» των μαγνητικών δυνάμεων: οι αντίθετες μαγνητικές κατευθύνσεις τείνουν φυσικά να αναστρέφονται χωρίς την ανάγκη εξωτερικού μαγνητικού πεδίου.
Με πρακτικούς όρους, αυτό σημαίνει ότι οι μνήμες που βασίζονται στο νέο κρύσταλλο δεν χρειάζονται πρόσθετη ενέργεια για να αλλάζουν την κατεύθυνση των bits. Το αποτέλεσμα είναι μια μείωση κατανάλωσης έως και δέκα φορές σε σύγκριση με τα σημερινά memory chips.
Η σημασία αυτής της ανακάλυψης γίνεται ξεκάθαρη αν σκεφτούμε τις μελλοντικές ενεργειακές ανάγκες. Σύμφωνα με εκτιμήσεις, μέσα στις επόμενες δεκαετίες η αποθήκευση και η επεξεργασία δεδομένων θα μπορούσαν να απορροφούν σχεδόν το 30% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας. Η κατάσταση επιδεινώνεται με την εκρηκτική ανάπτυξη της τεχνητής νοημοσύνης, των αυτόνομων οχημάτων, αλλά και των εκατομμυρίων «έξυπνων» συσκευών που συνδέονται καθημερινά στο διαδίκτυο.
Ένα υλικό ικανό να μειώσει δραματικά την κατανάλωση αποτελεί κρίσιμη τεχνολογική αναγκαιότητα. Από υπολογιστές και smartphones μέχρι συστήματα αυτόνομης οδήγησης και data centers, οι εφαρμογές είναι αναρίθμητες.
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Advanced Materials, δεν σημαίνει ότι τα νέα chips θα φτάσουν άμεσα στην αγορά. Η μετάβαση από το πειραματικό στάδιο στη μαζική παραγωγή απαιτεί χρόνο, επενδύσεις και δοκιμές αξιοπιστίας σε πραγματικές συνθήκες. Ωστόσο, το βήμα που έγινε δείχνει έναν συγκεκριμένο δρόμο για τη δραστική μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης στον ψηφιακό κόσμο.
[via]
