Якийсь час тому у виданні Communications Physics вийшла наукова стаття «Harnessing ferroelectric domains for negative capacitance», авторами якої стали російські фізики з Південного федерального університету (Ростов-на-Дону) Юрій Тихонов та Ганна Розумна, фізики з французького Університету Пікардії Лук'янчук та Анаїс Сен, а також матеріалознавець з Аргоннської національної лабораторії Валерій Винокур. У статті розказано про створення «неможливого» конденсатора з негативним зарядом, який було передбачено десятиліття тому, але отримав практичне втілення лише тепер.
Розробка обіцяє революцію в електронних ланцюгах напівпровідникових пристроїв. Пара з «негативного» і звичайного конденсатора з позитивним зарядом, з'єднана послідовно, підвищує рівень вхідної напруги в заданій точці вище за номінальне значення до необхідного для роботи конкретних ділянок електронних ланцюгів. Іншими словами, процесор може харчуватися порівняно низькою напругою, але ті ділянки ланцюгів (блоки), яким для роботи необхідне підвищене значення напруги, за допомогою пар «негативних» та звичайних конденсаторів отримають контрольоване живлення зі збільшеним вольтажем. Це обіцяє покращити енергоефективність обчислювальних ланцюгів та багато іншого.
До реалізації негативних конденсаторів аналогічний ефект досягався короткочасно і лише з дотриманням спеціальних умов. Російські вчені разом із колегами зі США та Франції вигадали стійку і просту структуру негативних конденсаторів, придатну для масового виробництва та для роботи у звичайних умовах.
Розроблена фізиками структура негативного конденсатора є дві розділені області, кожна з яких містить наночастинки фероелектрика із зарядом з однаковою полярністю (у радянській літературі вони називалися сегнетоэлектрики). У звичайному стані фероелектрики мають нейтральний заряд, що відбувається через довільно орієнтовані домени всередині матеріалу. Вчені зуміли розвести наночастинки з однаковим зарядом за двома роздільними фізичними областями конденсатора - кожні у свою область.
На умовному кордоні між двома різнополярними областями відразу виникла так звана доменна стіна - область зміни полярності. Виявилося, що доменну стіну можна переміщати, якщо до однієї з областей структури підвести напругу. Зміщення доменної стіни в одному напрямку стало еквівалентним накопиченню негативного заряду. Причому чим сильніше заряджається конденсатор, тим нижче напруга на його обкладках. У звичайних конденсаторах все негаразд. Підвищення заряду веде до підвищення напруги на обкладках. Оскільки негативний і стандартний конденсатор включені послідовно, процеси не порушують закон збереження енергії, але призводять до появи цікавого явища як нарощування напруги живлення у потрібних точках електронної ланцюга. Цікаво побачити, як ці ефекти буде реалізовано в електронних ланцюгах.
Джерело: 3dnews.ru