Vor einiger Zeit veröffentlichte die Publikation Communications Physics einen wissenschaftlichen Artikel „Harnessing ferroelectric domains for negative capacitance“, dessen Autoren die russischen Physiker der Südföderalen Universität (Rostow am Don) Yuri Tikhonov und Anna Razumnaya, Physikerinnen aus Frankreich, waren Universität der Picardie, benannt nach Jules Verne Igor Lukyanchuk und Anais Sen, sowie Materialwissenschaftler vom Argonne National Laboratory Valery Vinokur. In dem Artikel geht es um die Schaffung eines „unmöglichen“ Kondensators mit negativer Ladung, der bereits vor Jahrzehnten vorhergesagt, aber erst jetzt in die Praxis umgesetzt wurde.
Die Entwicklung verspricht eine Revolution in den elektronischen Schaltkreisen von Halbleiterbauelementen. Ein Paar aus einem „negativen“ und einem herkömmlichen Kondensator mit positiver Ladung, die in Reihe geschaltet sind, erhöht den Eingangsspannungspegel an einem bestimmten Punkt über den Nennwert hinaus auf den Wert, der für den Betrieb bestimmter Abschnitte elektronischer Schaltkreise erforderlich ist. Mit anderen Worten: Der Prozessor kann mit einer relativ niedrigen Spannung betrieben werden, aber die Abschnitte der Schaltkreise (Blöcke), die zum Betrieb eine erhöhte Spannung benötigen, erhalten mithilfe von Paaren „negativer“ und herkömmlicher Kondensatoren eine kontrollierte Stromversorgung mit einer erhöhten Spannung. Dies verspricht eine Verbesserung der Energieeffizienz von Rechenschaltungen und vieles mehr.
Vor dieser Implementierung negativer Kondensatoren wurde ein ähnlicher Effekt für kurze Zeit und nur unter besonderen Bedingungen erzielt. Russische Wissenschaftler haben zusammen mit Kollegen aus den USA und Frankreich eine stabile und einfache Struktur negativer Kondensatoren entwickelt, die für die Massenproduktion und den Betrieb unter normalen Bedingungen geeignet ist.
Die von Physikern entwickelte Struktur eines negativen Kondensators besteht aus zwei getrennten Bereichen, die jeweils ferroelektrische Nanopartikel mit einer Ladung gleicher Polarität enthalten (in der sowjetischen Literatur wurden sie Ferroelektrika genannt). Im Normalzustand haben Ferroelektrika eine neutrale Ladung, die auf zufällig ausgerichtete Domänen im Material zurückzuführen ist. Wissenschaftler konnten Nanopartikel mit der gleichen Ladung in zwei separate physikalische Bereiche des Kondensators aufteilen – jeder in seinem eigenen Bereich.
An der konventionellen Grenze zwischen zwei entgegengesetzt polaren Regionen entstand sofort eine sogenannte Domänenwand – ein Bereich des Polaritätswechsels. Es stellte sich heraus, dass eine Domänenwand verschoben werden kann, wenn an einen der Bereiche der Struktur Spannung angelegt wird. Die Verschiebung der Domänenwand in eine Richtung entsprach der Anhäufung einer negativen Ladung. Darüber hinaus ist die Spannung an seinen Platten umso geringer, je stärker der Kondensator geladen ist. Bei herkömmlichen Kondensatoren ist dies nicht der Fall. Eine Erhöhung der Ladung führt zu einem Anstieg der Spannung an den Platten. Da der negative und der gewöhnliche Kondensator in Reihe geschaltet sind, verstoßen die Prozesse nicht gegen den Energieerhaltungssatz, sondern führen zum Auftreten eines interessanten Phänomens in Form eines Anstiegs der Versorgungsspannung an den gewünschten Stellen im elektronischen Schaltkreis . Es wird interessant sein zu sehen, wie diese Effekte in elektronischen Schaltkreisen umgesetzt werden.
Source: 3dnews.ru