Jakiś czas temu w czasopiśmie Communications Physics ukazał się artykuł naukowy „Harnessing ferroelectric domains for negatywne pojemności”, którego autorami byli rosyjscy fizycy z Południowego Uniwersytetu Federalnego (Rostów nad Donem) Jurij Tichonow i Anna Razumnaja, fizycy z Francji Uniwersytet Pikardyjski im. Julesa Verne’a Igora Lukyanchuka i Anais Sen, a także materiałoznawcy z Narodowego Laboratorium Argonne Valery Vinokur. Artykuł mówi o stworzeniu „niemożliwego” kondensatora z ładunkiem ujemnym, co przewidywano kilkadziesiąt lat temu, ale dopiero teraz wprowadzono w życie.
Rozwój zapowiada rewolucję w obwodach elektronicznych urządzeń półprzewodnikowych. Połączona szeregowo para „ujemnego” i konwencjonalnego kondensatora o ładunku dodatnim zwiększa w danym punkcie poziom napięcia wejściowego powyżej wartości nominalnej do wymaganej do pracy określonych odcinków obwodów elektronicznych. Innymi słowy, procesor może być zasilany stosunkowo niskim napięciem, ale te sekcje obwodów (bloki), które do działania wymagają zwiększonego napięcia, otrzymają kontrolowaną moc o podwyższonym napięciu za pomocą par kondensatorów „ujemnych” i konwencjonalnych. Zapewnia to poprawę efektywności energetycznej obwodów obliczeniowych i wiele więcej.
Przed wprowadzeniem kondensatorów ujemnych podobny efekt osiągano przez krótki czas i tylko w specjalnych warunkach. Rosyjscy naukowcy wraz z kolegami z USA i Francji opracowali stabilną i prostą konstrukcję kondensatorów ujemnych, nadającą się do masowej produkcji i pracy w normalnych warunkach.
Opracowana przez fizyków struktura kondensatora ujemnego składa się z dwóch oddzielnych obszarów, z których każdy zawiera nanocząstki ferroelektryczne o ładunku o tej samej polaryzacji (w literaturze radzieckiej nazywano je ferroelektrykami). W swoim normalnym stanie ferroelektryki mają ładunek neutralny, co wynika z losowo zorientowanych domen w materiale. Naukowcom udało się rozdzielić nanocząstki o tym samym ładunku na dwa oddzielne obszary fizyczne kondensatora – każdy w swoim własnym obszarze.
Na konwencjonalnej granicy pomiędzy dwoma przeciwnie polarnymi obszarami natychmiast pojawiła się tzw. ściana domenowa – obszar zmiany polaryzacji. Okazało się, że ścianę domenową można przesuwać pod warunkiem przyłożenia napięcia do jednego z obszarów konstrukcji. Przemieszczenie ściany domeny w jednym kierunku stało się równoznaczne z akumulacją ładunku ujemnego. Co więcej, im bardziej kondensator jest naładowany, tym niższe napięcie na jego płytkach. Nie dotyczy to konwencjonalnych kondensatorów. Wzrost ładunku prowadzi do wzrostu napięcia na płytkach. Ponieważ kondensator ujemny i zwykły są połączone szeregowo, procesy nie naruszają prawa zachowania energii, ale prowadzą do pojawienia się interesującego zjawiska w postaci wzrostu napięcia zasilania w pożądanych punktach obwodu elektronicznego . Ciekawie będzie zobaczyć, jak te efekty zostaną zaimplementowane w obwodach elektronicznych.
Źródło: 3dnews.ru