超級運算耗電量大，瑞士材料科學家呼籲基礎研究救地球

【Technews科技新報】微電子革命在摩爾定律下不斷擴大電腦運算能力，今天高端智能手機的運算能力已經等同於 1990 年的超級電腦，且運算能力還不斷在進步，但背後一個問題是，當強大的電腦越來越普遍，相對消耗的電力就會非常可觀，如果摩爾定律持續發展，電子設備將在幾十年內消耗地球上超過一半的能源預算。

要如何做到永續？麻省理工科技評論 (MIT Technology Review) 訪問蘇黎世聯邦理工學院材料科學家 Nicola Spaldin 指出，材料科學家可以拯救地球，若找到解決方案，就可以從基礎上突破現狀，改變資訊科技的樣貌以及我們使用的方式。

材料科學決定人類文明走向，如複合材料像是纖維和樹脂的發現，讓人們能夠將刀片附著在刀片上，以產生刀具和軸。冶煉技術的發現發展出青銅和鐵器時代，造成農業發生根本性變化，最後形成城市與國家。金屬技術也是武器技術發展重大變革，4 千年之後引發工業革命。

電子的發現促進真空管、固態晶體管和微電子學的發展。現代電子產品所需的超純硅，最初是為第二次世界大戰中的高頻雷達接收機所開發。材料科學的每一個突破都改變世界和我們與之相互作用的方式。但是這些變化發生後，先前的生活方式也完全改變。

Spaldin 認為，要克服硅能源危機將需要類似的突破技術。但是，若不能繼續使用硅，那麼要以什麼取代？Spaldin 提出具有鐵電和鐵磁特性的多鐵性材料，她表示，通常改變材料磁性的唯一方法是用磁場，但是 Spaldin 等人已經展示如何用電場改變多鐵材料的磁性。

報導認為，大量基於硅的資訊處理和儲存必須仰賴磁性，磁性需要磁場操縱，而使用電場能更有效地做到這一點，Spaldin 表示，用電場取代現有的磁力技術為節能、小型化和高效提供巨大機會。多鐵性材料有其他有用的屬性，在這些材料的內部，鐵電偶極子可以排列不同的方向，形成域的偶極子以及域之間的邊界出現有趣變化。

這些邊界形成導電通道，可以透過電場來移動和重新布置，這在存儲器或資訊處理架構中具有潛在應用。這些多鐵性材料的表面也具有電子性質，可以產生催化反應。多鐵性材料可能讓科技業擺脫硅，而仰賴生產糠酸錳或錳酸釔或鉍鐵氧體的產業，和新一代高能效資訊處理設備。

當然多鐵性材料只是許多決定外來科技樣貌的其中之一種方法，她說，「改變歷史進程的真正突破不會來自改進現有材料或設備，也不會來自現有的技術，而是一個不成熟的個人或小團體的基礎研究人員，將知識的界限推向尚未應用的方向。」Spaldin 強調基礎研究的重要性，在現行科技發展如火如荼的當下，也必須得到足夠的滋養。

(首圖來源：Flickr / Christopher BownsCC By 2.0)

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