For en tid tilbake publiserte publikasjonen Communications Physics en vitenskapelig artikkel "Harnessing ferroelectric domains for negative capacitance", forfatterne av disse var russiske fysikere fra det sørlige føderale universitetet (Rostov-on-Don) Yuri Tikhonov og Anna Razumnaya, fysikere fra det franske Jules Verne Picardy University Igor Lukyanchuk og Anais Sen, samt materialforsker fra Argonne National Laboratory Valery Vinokur. Artikkelen forteller om opprettelsen av en "umulig" kondensator med negativ ladning, som ble spådd for flere tiår siden, men først nå er blitt utført i praksis.
Utviklingen lover å revolusjonere elektroniske kretsløp for halvlederenheter. Et par "negative" og en konvensjonell positivt ladet kondensator, seriekoblet, hever inngangsspenningsnivået på et gitt punkt over nominell verdi til nivået som er nødvendig for driften av spesifikke seksjoner av elektroniske kretsløp. Med andre ord kan prosessoren drives av en relativt lav spenning, men de seksjonene av kretsene (blokker) som trenger økt spenningsverdi for drift vil motta en kontrollert strømforsyning med økt spenning ved bruk av par "negative" og konvensjonelle kondensatorer. Dette lover å forbedre energieffektiviteten til datakretser og mer.
Før denne implementeringen av negative kondensatorer ble en lignende effekt oppnådd i løpet av kort tid og bare under spesielle forhold. Russiske forskere har sammen med kolleger fra USA og Frankrike kommet med en stabil og enkel negativ kondensatorstruktur som er egnet for masseproduksjon og for arbeid under normale forhold.
Strukturen til en negativ kondensator utviklet av fysikere består av to adskilte regioner, som hver inneholder nanopartikler av et ferroelektrikum med en ladning med samme polaritet (i sovjetlitteraturen ble de kalt ferroelektrisk). I normal tilstand har ferroelektrisk en nøytral ladning, som oppstår på grunn av tilfeldig orienterte domener i materialet. Forskere har klart å løse opp nanopartikler med samme ladning i to separate fysiske regioner av kondensatoren - hver i sin egen region.
En såkalt domenemur, et område med reversering av polaritet, dukket umiddelbart opp på den betingede grensen mellom to forskjellige polare regioner. Det viste seg at domenveggen kan flyttes hvis spenning tilføres et av områdene i strukturen. Forskyvningen av domenveggen i en retning ble ekvivalent med akkumulering av en negativ ladning. Dessuten, jo mer kondensatoren lades, jo lavere er spenningen over platene. Dette er ikke tilfelle med konvensjonelle kondensatorer. Å øke ladningen fører til en økning i spenningen over platene. Siden de negative og vanlige kondensatorene er koblet i serie, bryter ikke prosessene loven om bevaring av energi, men fører til utseendet til et interessant fenomen i form av å øke forsyningsspenningen på de nødvendige punktene i den elektroniske kretsen. Det er nysgjerrig å se hvordan disse effektene blir implementert i elektroniske kretsløp.
Forfatter: Gennady Detinich
