Железо

Российские физики с русскими коллегами из США и Франции создали «невозможный» конденсатор

В статье рассказано о создании «невозможного» конденсатора с отрицательным зарядом, который был предсказан десятилетия назад, но получил практическое воплощение только теперь. Некоторое время назад в издании Communications Physics вышла научная статья «Harnessing ferroelectric domains for negative capacitance», авторами которой стали российские физики из Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) Юрий Тихонов и Анна Разумная, физики из французского Университета Пикардии имени Жюль Верна Игорь Лукьянчук и Анаис Сен, а также материаловед из Аргоннской национальной лаборатории Валерий Винокур.

Смещение доменой стены - зоны разделения полярности - под воздействием внешнего управляющего напряжения (Argonne National Laboratory)

Смещение доменной стены ― зоны разделения полярности ― под воздействием внешнего управляющего напряжения (Argonne National Laboratory)

Пара из «отрицательного» и обычного конденсатора с положительным зарядом, соединённая последовательно, повышает уровень входного напряжения в заданной точке выше номинального значения до необходимого для работы конкретных участков электронных цепей. Разработка обещает революцию в электронных цепях полупроводниковых устройств. Это обещает улучшить энергоэффективность вычислительных цепей и многое другое. Иными словами, процессор может питаться сравнительно низким напряжением, но те участки цепей (блоки), которым для работы необходимо повышенное значение напряжения, с помощью пар «отрицательных» и обычных конденсаторов получат контролируемое питание с увеличенным вольтажом.

Российские учёные вместе с коллегами из США и Франции придумали устойчивую и простую структуру отрицательных конденсаторов, подходящую для массового производства и для работы в обычных условиях. До данной реализации отрицательных конденсаторов аналогичный эффект достигался кратковременно и только с соблюдением специальных условий.

В обычном состоянии ферроэлектрики имеют нейтральный заряд, что происходит из-за произвольно ориентированных доменов внутри материала. Разработанная физиками структура отрицательного конденсатора представляет собой две разделённые области, каждая из которых содержит наночастицы ферроэлектрика с зарядом с одинаковой полярностью (в советской литературе они назывались сегнетоэлектрики). Учёные сумели развести наночастицы с одинаковым зарядом по двум раздельным физическим областям конденсатора ― каждые в свою область.

Оказалось, что доменную стену можно перемещать, если к одной из областей структуры подвести напряжение. На условной границе между двумя разнополярными областями тут же возникла так называемая доменная стена ― область изменения полярности. Причём, чем сильнее заряжается конденсатор, тем ниже напряжение на его обкладках. Смещение доменной стены в одном направлении стало эквивалентно накоплению отрицательного заряда. Повышение заряда ведёт к увеличению напряжения на обкладках. В обычных конденсаторах всё не так. Любопытно увидеть, как эти эффекты будут реализованы в электронных цепях. Поскольку отрицательный и обычный конденсатор включены последовательно, процессы не нарушают закон сохранения энергии, но приводят к появлению интересного явления в виде наращивания напряжения питания в нужных точках электронной цепи.

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть