北卡州开发可促进数据存储、节约能源的材料

北卡罗莱纳州立大学的工程师们发明了一种新材料，这种材料可以使指甲大小的电脑芯片存储相当于20张高清dvd或2.5亿页的文本，远远超过当今电脑存储系统的存储容量。

在Jagdish“Jay”Narayan博士、John C.C. Fan家族材料科学与工程特聘教授、北卡罗来纳州立大学先进材料与智能结构国家科学基金会中心主任的带领下，工程师们利用选择性掺杂的过程取得了突破，一种杂质被加入到改变其性质的物质中。这一过程还显示出提高汽车燃油经济性和降低半导体产生的热量的前景，这可能是提高能源生产效率的重要进展。

在纳米级水平上——针尖的直径为100万纳米——工程师们将金属镍添加到氧化镁(一种陶瓷)中。所得到的材料包含不超过10平方纳米的镍原子簇，与今天的技术相比，尺寸缩小了90%，这一进步可以提高计算机的存储能力。

纳拉扬说:“现在的芯片可以处理1tb的数据，也就是50倍以上的数据，而不是存储20g的数据。”

信息存储并不是唯一可以取得进步的领域。纳拉扬说，通过在陶瓷中引入金属特性，工程师可以开发出新一代陶瓷发动机，能够承受普通发动机两倍的温度，并实现每加仑80英里的燃油经济性。由于这种材料的导热性将得到改善，这项技术也可以应用于利用替代能源，如太阳能。

工程师们的发现也促进了“自旋电子学”这一新兴领域的知识，该领域致力于利用电子自旋产生的能量。今天所使用的大部分能量都是通过电流的运动来获得的，并受到它所产生热量的限制，但是电子旋转所产生的能量不产生热量。北卡罗莱纳州立大学的工程师能够操纵纳米材料，从而控制材料中的电子自旋，这对于利用电子的能量是很有价值的。这一发现可能对工程师生产更高效的半导体很重要。

与纳拉扬合作进行这项研究的是北卡罗来纳州立大学的研究助理苏哈卡尔·诺里(Sudhakar Nori)博士、前北卡罗来纳州立大学研究生尚卡尔·拉马钱德兰(Shankar Ramachandran)，以及材料科学与工程副教授j·t·普拉特(J.T. Prater)。他们的发现发表在《纳米结构Ni-MgO系统的合成和磁性》杂志6月版上JOM矿物、金属和材料学会杂志。这项研究由美国国家科学基金会赞助。

纳拉扬的相关研究发表在今年4月的《科学》杂志上国际纳米技术杂志．

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编辑:下面是论文的摘要。

一种纳米结构Ni-MGO体系的合成及其磁性能

作者: J. Narayan, Sudhakar Nori, S. Ramachandran和J. t . Prater, NC州立大学

发表: 2009年6月JOM

摘要本文研究了Ni浓度为0.5 at.%时Ni- mgo体系的磁性能。在生长晶体中，Ni离子占据取代的Mg位。在这些条件下，Ni-MgO系统表现出理想的顺磁性。通过在还原气氛中使用受控退火处理，我们能够诱导团簇并在纳米尺寸范围内形成纯镍沉淀。随着退火时间和温度的变化，析出物或纳米点的尺寸分布也会发生变化。系统地研究了从顺磁性到铁磁性的试样的磁性，建立了结构-性质的关系。样品的自发磁化数据很好地符合布洛赫的t3 /2定律，并在自旋波理论的框架内进行了解释。