您正在阅读本文的设备几乎可以肯定是通过将零和一放置在半导体（即硅）中来运行的——而硅需要持续供电才能工作。
在一个致力于实现净零碳排放的世界里，这种能源消耗是不可行的。幸运的是，研究人员正在努力从根本上改变计算机的工作方式——这可能会带来强大、低能耗的设备。实现这一目标的一种方法是构建磁性计算机。
密歇根大学的研究人员与芯片制造商英特尔合作，创造了一种新的铁合金，这种合金可能成为未来磁性计算机的重要组成部分。他们的研究 最近发表 在《自然·通讯》上。
他们的合金具有磁致伸缩的特性。这意味着它依赖于这样一个事实：当您将铁等磁性材料置于磁场中时，该材料会发生细微的形状变化。通过添加其他金属（合金是金属元素的混合物）并调整它们的比例，您可以制造出磁致伸缩性更强、或在磁场变化时更具柔韧性的合金。
如今，磁致伸缩材料帮助我们构建高质量的传感器，因为我们可以检测到良好的磁致伸缩材料在磁场（即使是相当弱的磁场）存在下的形状变化。通过使用电流产生磁场，您可以迫使磁致伸缩材料改变形状。这样，您就可以相对容易地将电流的电能转化为磁致伸缩材料改变形状的机械能。
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这是一个强大的能力。未来，磁致伸缩材料可能会使我们能够利用微小、可变的磁场来构成我们所有计算设备看不见的基石——零和一。
然而，近年来，磁致伸缩材料在材料科学领域被边缘化了。“人们有点把磁致伸缩材料藏起来了，”密歇根大学材料科学家、该论文的作者之一 John Heron 说。
但有理由关注它们。 当今最好的磁致伸缩材料 依赖于镝和铽等稀土金属。稀土金属（不出所料）稀少且昂贵。它们的开采和提取过程困难重重， 常常会产生 有毒废物。而且，由于大部分产量 由中国控制 ，全球稀土贸易容易受到变幻莫测的地缘政治和中美贸易争端的影响。
部分原因在于，Heron 和他的同事们试图通过将铁与一种更便宜、更容易获得的元素——镓——混合来制造更好的磁致伸缩材料。镓是一种柔软、银色的金属，在自然界中仅以铝和锌矿石中的微量元素形式存在。纯镓的熔点非常低，以至于在手中就会融化成液体。
密歇根大学的研究人员并不是第一个使用镓制造磁致伸缩材料的人，但他们之前的研究者遇到了一些棘手的限制。
Heron 说：“当镓的比例超过 20% 时，材料就不再稳定了。” “材料会改变对称性、改变晶体结构，其性质也会发生巨大变化。”其中一个变化是，材料的形状变化磁致伸缩性大大降低。
为了克服这个限制，Heron 和他的同事们不得不阻止原子改变它们的结构。因此，他们在相对较低的 320 华氏度（160 摄氏度）下制备了他们的合金——从而限制了其原子的能量。这使得原子被锁定在原地，即使研究人员向合金中注入更多的镓，原子也不会移动。
通过这种方法，研究人员能够制造出镓含量高达 30% 的铁合金，创造出一种新的材料，其磁致伸缩性是稀土材料的两倍。
这种新的、更有效的磁致伸缩材料不仅有助于科学家们构建更便宜的计算机，还有助于构建不依赖于会产生过量碳排放的稀土矿物的计算机。
总的来说，您传统的家用计算机消耗的能源并不算多。然而，为互联网提供动力的巨型计算机数据中心则另当别论。虽然其 电力消耗和碳排放的确切数量尚存争议 ，但不可否认的是，这些数据中心消耗大量能源。
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为了降低这些能源需求，Heron 等研究人员希望构建能够彻底改变计算机工作方式的设备。磁致伸缩材料可能是实现这一目标的一种方式。未来的计算机可能使用磁致伸缩材料在磁场位中工作，而不是使用需要持续供电的半导体。对于基本操作，这些设备只需要在将零转换为一或反之亦然时才需要电——而不是持续供电。
除了节省能源，这样的计算机与现有计算机相比还具有几个优势。如果意外关机，您也不会丢失正在进行的工作，因为磁场位会保持不变。工程师们 也认为 扩展这些假设计算机的规格更容易，从而实现当今半导体可能无法达到的性能水平。
然而，这项技术仍处于起步阶段，因此尚不清楚何时，甚至是否会在我们的家中看到基于磁致伸缩材料的设备。Heron 说：“我设想它何时能成为 iPhone 技术？嗯，如果我运气好，是 20 到 30 年。也许永远不会。”
他说：“但是，展示基本位……是我们现在正在做的事情。”
