Πριν από λίγο καιρό, η δημοσίευση Communications Physics δημοσίευσε ένα επιστημονικό άρθρο "Harnessing ferroelectric domains for negative capacitance", οι συγγραφείς του οποίου ήταν Ρώσοι φυσικοί από το Southern Federal University (Rostov-on-Don) Yuri Tikhonov και Anna Razumnaya, φυσικοί από τη Γαλλία. Το Πανεπιστήμιο της Πικαρδίας πήρε το όνομά του από τον Jules Verne Igor Lukyanchuk και την Anais Sen, καθώς και από τον επιστήμονα υλικών από το Εθνικό Εργαστήριο Argonne Valery Vinokur. Το άρθρο μιλά για τη δημιουργία ενός «αδύνατου» πυκνωτή με αρνητικό φορτίο, ο οποίος είχε προβλεφθεί πριν από δεκαετίες, αλλά μόλις τώρα τέθηκε σε εφαρμογή.
Η εξέλιξη υπόσχεται μια επανάσταση στα ηλεκτρονικά κυκλώματα των συσκευών ημιαγωγών. Ένα ζεύγος ενός «αρνητικού» και ενός συμβατικού πυκνωτή με θετικό φορτίο, συνδεδεμένο σε σειρά, αυξάνει το επίπεδο τάσης εισόδου σε ένα δεδομένο σημείο πάνω από την ονομαστική τιμή σε αυτήν που απαιτείται για τη λειτουργία συγκεκριμένων τμημάτων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων. Με άλλα λόγια, ο επεξεργαστής μπορεί να τροφοδοτείται από σχετικά χαμηλή τάση, αλλά εκείνα τα τμήματα των κυκλωμάτων (μπλοκ) που απαιτούν αυξημένη τάση για να λειτουργήσουν θα λαμβάνουν ελεγχόμενη ισχύ με αυξημένη τάση χρησιμοποιώντας ζεύγη «αρνητικού» και συμβατικού πυκνωτή. Αυτό υπόσχεται να βελτιώσει την ενεργειακή απόδοση των υπολογιστικών κυκλωμάτων και πολλά άλλα.
Πριν από αυτή την εφαρμογή αρνητικών πυκνωτών, ένα παρόμοιο αποτέλεσμα επιτεύχθηκε για μικρό χρονικό διάστημα και μόνο υπό ειδικές συνθήκες. Ρώσοι επιστήμονες, μαζί με συναδέλφους από τις ΗΠΑ και τη Γαλλία, κατέληξαν σε μια σταθερή και απλή δομή αρνητικών πυκνωτών, κατάλληλων για μαζική παραγωγή και για λειτουργία υπό κανονικές συνθήκες.
Η δομή ενός αρνητικού πυκνωτή που αναπτύχθηκε από φυσικούς αποτελείται από δύο διαχωρισμένες περιοχές, καθεμία από τις οποίες περιέχει σιδηροηλεκτρικά νανοσωματίδια με φορτίο ίδιας πολικότητας (στη σοβιετική βιβλιογραφία ονομάζονταν σιδηροηλεκτρικά). Στην κανονική τους κατάσταση, τα σιδηροηλεκτρικά έχουν ένα ουδέτερο φορτίο, το οποίο οφείλεται σε τυχαία προσανατολισμένες περιοχές εντός του υλικού. Οι επιστήμονες μπόρεσαν να διαχωρίσουν τα νανοσωματίδια με το ίδιο φορτίο σε δύο ξεχωριστές φυσικές περιοχές του πυκνωτή - το καθένα στη δική του περιοχή.
Στο συμβατικό όριο μεταξύ δύο αντίθετων πολικών περιοχών, εμφανίστηκε αμέσως ένα λεγόμενο τοίχωμα τομέα - μια περιοχή αλλαγής πολικότητας. Αποδείχθηκε ότι ένας τοίχος τομέα μπορεί να μετακινηθεί εάν εφαρμοστεί τάση σε μία από τις περιοχές της κατασκευής. Η μετατόπιση του τοιχώματος της περιοχής προς μία κατεύθυνση έγινε ισοδύναμη με τη συσσώρευση αρνητικού φορτίου. Επιπλέον, όσο περισσότερο φορτίζεται ο πυκνωτής, τόσο χαμηλότερη είναι η τάση στις πλάκες του. Αυτό δεν συμβαίνει με τους συμβατικούς πυκνωτές. Η αύξηση του φορτίου οδηγεί σε αύξηση της τάσης στις πλάκες. Δεδομένου ότι ο αρνητικός και ο συνηθισμένος πυκνωτής συνδέονται σε σειρά, οι διαδικασίες δεν παραβιάζουν τον νόμο της διατήρησης της ενέργειας, αλλά οδηγούν στην εμφάνιση ενός ενδιαφέροντος φαινομένου με τη μορφή αύξησης της τάσης τροφοδοσίας στα επιθυμητά σημεία του ηλεκτρονικού κυκλώματος . Θα είναι ενδιαφέρον να δούμε πώς αυτά τα εφέ θα εφαρμοστούν σε ηλεκτρονικά κυκλώματα.
Πηγή: 3dnews.ru