Banbrytande teknik för framtidens it-komponenter

På Ångströmlaboratoriet i Uppsala studerar Oscar Grånäs och hans kollegor en mekanism med potential att revolutionera energiförbrukningen hos it-komponenter.

Av all energi som produceras i världen idag används endast en tredjedel. Övrig energi omvandlas till spillvärme och försvinner innan den hinner nyttjas. Ett talande exempel är it-sektorn som står för 10 procent av den globala elkonsumtionen. En stor del av detta blir till spillvärme; värme som i sin tur behöver kylas ned av fläktar som kräver ytterligare energi.
Det är en energiglupsk spiral som vi med dagens teknik inte kan komma ifrån. Elektronikkomponenterna går varken att göra mindre eller mer energisnåla. Det krävs ett teknikskifte.
– Ungefär som när led-lampan ersatte glödlampan. Glödlampan slösade bort 70–80 procent av energin till värme även fast vi bara ville ha ljus. En led-lampa kan generera samma ljus men med mycket mindre energi. Vi försöker åstadkomma samma revolution för datorkomponenter och it-system, säger Oscar Grånäs, forskare vid Institutionen för fysik och astronomi vid Uppsala universitet.

Hitta gynnsamma kombinationer
På Ångströmlaboratoriet studerar han och hans forskargrupp huruvida en teknik med övergångsmetalloxider kan vara lösningen. Projektet, kallat Modellering av korrelerade material för framtidens teknik, är finansierat av SSF-programmet Ingvar Carlsson Award. Anslaget riktar sig till forskare verksamma utomlands och som är strategiskt viktiga för Sverige. Anslaget fick Oscar Grånäs när han arbetade på Harvard, kort därefter flyttade han och forskningen till Uppsala.
– Idag används oftast kisel som halvledare. Materialet är billigt och tacksamt, men den generar också mycket värme. Därför tittar vi istället på oxider av till exempel järn eller nickel, så kallade övergångsmetalloxider. När man belyser övergångsmetalloxiderna går de från att vara isolerande till att leda ström. Idén med projektet är att hitta vilka kombinationer av övergångsmetaller och syre som är gynnsamma.
Men övergångsmetalloxiderna har en komplicerad fysik och är inte helt enkla att hantera. Därför har projektet utvecklat en mjukvara som kan beskriva dess egenskaper. Mjukvaran låter dem genomföra kostnadseffektiva datasimuleringar för att avgöra bästa möjliga konfiguration som sedan kan tas vidare i laboratoriet.
– Vi har gått från att utveckla beräkningsmetoder till att använda beräkningsmetoder och simulera de olika materialens ledningsförmåga. Vi har testat och validerat att våra metoder fungerar. Mjukvaran och algoritmerna som automatiserar det här är en viktig del vi vill ska komma andra till gagn, säger Oscar Grånäs.