For nogen tid siden offentliggjorde publikationen Communications Physics en videnskabelig artikel "Harnessing ferroelectric domains for negative capacitance", forfatter af russiske fysikere fra det sydlige føderale universitet (Rostov-on-Don) Yuri Tikhonov og Anna Razumnaya, fysikere fra det franske Jules Verne Picardy University Igor Lukyanchuk og Anais Sen samt materialeforsker fra Argonne National Laboratory Valery Vinokur. Artiklen fortæller om oprettelsen af en "umulig" kondensator med en negativ ladning, som blev forudsagt for årtier siden, men først nu er blevet anvendt.
Udviklingen lover at revolutionere de elektroniske kredsløb for halvlederenheder. Et par "negative" og en konventionel positivt ladet kondensator, der er forbundet i serie, hæver indgangsspændingsniveauet på et givet punkt over den nominelle værdi til det niveau, der er nødvendigt for driften af specifikke sektioner af elektroniske kredsløb. Med andre ord kan processoren drives af en relativt lav spænding, men de sektioner af kredsløbene (blokke), der har brug for en forøget spændingsværdi til drift, vil modtage en kontrolleret strømforsyning med en forøget spænding ved hjælp af par "negative" og konventionelle kondensatorer. Dette lover at forbedre energieffektiviteten i computerkredsløb og mere.
Før denne implementering af negative kondensatorer opnåedes en lignende effekt i kort tid og kun under særlige forhold. Russiske forskere har sammen med kolleger fra De Forenede Stater og Frankrig fundet en stabil og enkel negativ kondensatorstruktur egnet til masseproduktion og til normal drift.
Strukturen af en negativ kondensator udviklet af fysikere består af to adskilte regioner, som hver indeholder nanopartikler af en ferroelektriker med en ladning med samme polaritet (i den sovjetiske litteratur blev de kaldt ferroelektrik). I normal tilstand har ferroelektrik en neutral ladning, der opstår på grund af tilfældigt orienterede domæner i materialet. Forskere har formået at opløse nanopartikler med samme ladning i to separate fysiske områder af kondensatoren - hver i sin egen region.
En såkaldt domænemur, et område med polaritetsvending, dukkede øjeblikkeligt op på den betingede grænse mellem to forskellige polare regioner. Det viste sig, at domænevæggen kan flyttes, hvis der tilføres spænding til et af strukturen i regionen. Forskydningen af domænemuren i en retning blev ækvivalent med akkumuleringen af en negativ ladning. Desuden, jo mere kondensatoren lades, jo lavere er spændingen over dens plader. Dette er ikke tilfældet med konventionelle kondensatorer. Forøgelse af ladningen fører til en stigning i spændingen over pladerne. Da de negative og konventionelle kondensatorer er forbundet i serie, overtræder processerne ikke loven om energibesparelse, men fører til et interessant fænomen i form af at øge forsyningsspændingen på de ønskede punkter i det elektroniske kredsløb. Det er mærkeligt at se, hvordan disse effekter vil blive implementeret i elektroniske kredsløb.
Forfatter: Gennady Detinich
