研究报告:5月17日

磁存储结构
来自俄亥俄州立大学和墨西哥国立自治大学的研究人员研究了一种新材料，这种材料可能会增加大脑的容量磁性存储装置．

他们发现了锗化锰，这是一种不同寻常的磁性材料，其磁性呈螺旋状，类似于DNA的结构。这种结构产生了许多新的磁模式，可以用来存储数据。

俄亥俄州立大学物理学教授杰伊·古普塔(Jay Gupta)说:“这些新的磁模式可以用于下一代数据存储。”“硬盘的存储密度正在接近其极限，这与你可以将允许存储的磁位做得多小有关。这促使我们寻找新的材料，在那里我们可能能够使磁性比特更小。”

研究小组使用带有特殊尖端的扫描隧道显微镜，以原子分辨率拍摄磁模式的照片。在样本的某些部分，表面的磁性被扭曲成类似刺猬刺的图案。然而，在这种情况下，刺猬的“身体”只有10纳米宽，比今天大约50纳米的磁性钻头还要小。

他们还发现，刺猬图案可以在电流的作用下在表面移动，在磁场的作用下反转。研究人员说，这可以使读取和写入磁数据的能量比目前可能的更少。

古普塔说:“这些磁模式有巨大的潜力，可以使数据存储更加节能。”不过他指出，在这种材料投入数据存储场所使用之前，还有更多的研究要做。“我们还有大量的基础科学工作要做，以了解这些磁模式，并改进我们如何控制它们。但这是非常令人兴奋的一步。”

液晶计算
来自芝加哥大学的工程师们想出了如何创造基本元素液晶逻辑运算．液晶最常见的用途是用于显示器，但也可以用作机器人的软计算元件。

芝加哥大学分子工程学教授、阿贡国家实验室高级科学家胡安·德·巴勃罗说:“我们展示了你可以创建电路的基本构件——门、放大器和导体——这意味着你应该能够将它们组装成能够执行更复杂操作的安排。”“对于活性材料领域来说，这是令人兴奋的一步。”

关键在于液晶本身的结构，尤其是缺陷。

芝加哥大学物理科学和分子工程新闻官路易斯·勒纳(Louise Lerner)写道:“液晶中的分子倾向于被拉长，当它们聚集在一起时，它们采用了某种有序的结构，就像钻石晶体中的直排原子一样——但这种结构不像固体中那样固定在原地，也可以像液体一样移动。”这种奇怪的分子顺序的一个后果是，在所有液晶中都有一些点，这些点的有序区域相互碰撞，它们的方向不太匹配，产生了科学家所说的“拓扑缺陷”。这些斑点随着液晶的移动而移动。”

然而，控制这些缺陷的行为是具有挑战性的。“通常情况下，如果你用显微镜观察一个有活性液晶的实验，你会看到完全的混沌——缺陷到处都在移动，”de Pablo说。

研究小组发现，通过照射液晶的特定区域，他们可以引导缺陷向特定的方向移动，这为制造液晶进行操作提供了可能性。

“它们具有电路中电子的许多特征——我们可以远距离移动它们，放大它们，并像晶体管门一样关闭或打开它们的传输，这意味着我们可以将它们用于相对复杂的操作，”当时芝加哥大学的博士后学者、现在香港科技大学的助理教授张睿说。

研究人员说，一个特别有趣的应用是在软机器人领域。另一种可能是利用拓扑缺陷在合成细胞等微型设备中移动少量液体。接下来，研究人员计划进行实验来证实理论发现。

纤维电池
麻省理工学院、华中科技大学、庆熙大学和美国陆军研究实验室的研究人员开发了一种柔性纤维锂离子电池它可以被编织到衣服中，或者用作设备的结构元素。

该团队制造的概念验证电池长140米，使用新型电池凝胶和标准的纤维拉伸系统制造，该系统从一个包含所有组件的更大的圆柱体开始，然后将其加热到略低于熔点。材料通过狭窄的开口拉伸，将所有零件压缩到其原始直径的一小部分，同时保持所有零件的原始排列。它将锂和其他材料嵌入到纤维内部，外部有一层保护涂层，使其稳定和防水。

“游戏长度没有明显的上限。我们绝对可以做到千米尺度的长度，”当时在麻省理工学院做博士后，现在是新加坡国立大学助理教授的托尔托尔·胡迪耶夫说。使用新型光纤电池的演示设备集成了Li-Fi通信系统，其中光脉冲用于传输数据，并包括麦克风、前置放大器、晶体管和二极管，以在两个编织织物设备之间建立光学数据链路。

“当我们将活性材料嵌入到纤维中时，这意味着敏感电池组件已经具有良好的密封性，”Khudiyev说，“所有活性材料都非常好地集成在一起，所以在拉伸过程中它们不会改变位置。”

库迪耶夫说，这种140米长的光纤只有几百微米厚，储能能力为123毫安小时，可以为智能手表或手机充电。

“我们的方法的美妙之处在于，我们可以在单个光纤中嵌入多个设备，而不像其他方法需要集成多个光纤设备，”Jung Tae Lee说，他以前是麻省理工学院的博士后，现在是庆熙大学的教授。他们展示了LED和锂离子电池在一根光纤中的集成，他相信未来可以将超过三到四个设备结合在一起。“当我们整合这些含有多种设备的纤维时，这种骨料将推进紧凑织物计算机的实现。”

这种材料还可以用于3D打印或定制形状的系统，以创建固体物体，例如可以提供设备结构和电源的外壳，例如包裹着电池纤维的玩具无人潜艇。

“这是第一个3D打印的纤维电池设备，”Khudiyev说。他说，如果你想通过3D打印制作包含电池设备的“复杂物体”，这是第一个可以实现这一目标的系统。“打印之后，你不需要添加任何其他东西，因为所有的东西都已经在纤维里了，所有的金属，所有的活性材料。这只是一步打印。这还是第一次。”

该团队已经申请了该工艺的专利，并正在进一步提高功率容量和用于提高效率的材料的变化。他们预计商业化将在几年内实现。