För en tid sedan publicerade publikationen Communications Physics en vetenskaplig artikel "Harnessing ferroelectric domains for negative capacitance", författad av ryska fysiker från det södra federala universitetet (Rostov-on-Don) Yuri Tikhonov och Anna Razumnaya, fysiker från det franska Jules Verne Picardy University Igor Lukyanchuk och Anais Sen, samt materialforskare från Argonne National Laboratory Valery Vinokur. Artikeln berättar om skapandet av en "omöjlig" kondensator med en negativ laddning, som förutsågs för decennier sedan, men först nu har genomförts.
Utvecklingen lovar att revolutionera de elektroniska kretsarna för halvledarapparater. Ett par "negativa" och en konventionell positivt laddad kondensator, ansluten i serie, höjer ingångsspänningsnivån vid en given punkt över det nominella värdet till den nivå som är nödvändig för driften av specifika sektioner av elektroniska kretsar. Med andra ord kan processorn drivas av en relativt låg spänning, men de delar av kretsarna (blocken) som behöver ett ökat spänningsvärde för drift kommer att få en kontrollerad strömförsörjning med en ökad spänning med par "negativa" och konventionella kondensatorer. Detta lovar att förbättra energieffektiviteten i datakretsar och mer.
Före implementeringen av negativa kondensatorer uppnåddes en liknande effekt under en kort tid och endast under speciella förhållanden. Ryska forskare har tillsammans med kollegor från USA och Frankrike kommit med en stabil och enkel negativ kondensatorstruktur som är lämplig för massproduktion och för normal drift.
Strukturen för en negativ kondensator som utvecklats av fysiker består av två separerade regioner, som var och en innehåller nanopartiklar av en ferroelektriker med en laddning av samma polaritet (i sovjetlitteraturen kallades de ferroelektrik). I normalt tillstånd har ferroelektrik en neutral laddning, som uppstår på grund av slumpmässigt orienterade domäner i materialet. Forskare har lyckats lösa upp nanopartiklar med samma laddning i två separata fysiska regioner i kondensatorn - var och en i sin egen region.
En så kallad domänvägg, ett område med polaritetsförändring, dök upp omedelbart vid den villkorade gränsen mellan två olika polära regioner. Det visade sig att domänväggen kan flyttas om spänning appliceras på en av strukturerna. Förskjutningen av domänväggen i en riktning blev ekvivalent med ackumuleringen av en negativ laddning. Dessutom, ju mer kondensatorn laddas, desto lägre är spänningen över dess plattor. Detta är inte fallet med konventionella kondensatorer. Ökning av laddningen leder till en ökning av spänningen över plattorna. Eftersom de negativa och vanliga kondensatorerna är kopplade i serie bryter processerna inte med lagen om energibesparing, utan leder till uppkomsten av ett intressant fenomen i form av att öka matningsspänningen vid de nödvändiga punkterna i den elektroniska kretsen. Det är nyfiken att se hur dessa effekter kommer att implementeras i elektroniska kretsar.
Författare: Gennady Detinich
