Эпоха дешёвой энергии подошла к концу, и климатические проблемы стали гораздо серьёзнее. Это особенно актуально для микроэлектроники, которая потребляет энергию уже не в микро-, а в макромасштабе, требуя размещения серверов на АЭС. Новое изобретение американских учёных обещает снизить энергопотребление чипов и даже перенести «батареи» внутрь микросхем.
Учёные из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли и Калифорнийского университета сделали открытие. Они много лет исследовали явление отрицательной ёмкости в материалах. Для физического мира это трудно представимо, но для некоторых физических явлений в сегнетоэлектриках это нормально.
Известно, что сегнетоэлектрики изменяют поляризацию кристаллической структуры под воздействием внешнего электромагнитного поля. Это компенсирует величину физической ёмкости материала, которую как бы скрывает отрицательная ёмкость. В результате затвор транзистора с таким материалом работает при меньшем напряжении, что экономит энергию, которая могла бы уйти в тепло. Также материал способен накапливать энергию, которая используется для поддержания питания чипа.
Для создания суперконденсатора учёные использовали известный сегнетоэлектрик из оксидов гафния и циркония (HfO2-ZrO2). Новаторством стало определение зазоров и других геометрических параметров расположения тонких слоёв материала с прослойками из оксида алюминия. Согласно сообщениям, была создана структура толщиной до 10 мм. Однако, возможно, в источнике информации есть опечатка, так как тонкие плёнки обычно имеют толщину порядка нанометров или микрометров.
Исследования нового материала в лаборатории показали, что он способен хранить в девять раз больше энергии и обладает в сто семьдесят раз большей мощностью накопления.
Саиф Салахуддин, старший научный сотрудник лаборатории в Беркли, профессор Калифорнийского университета и руководитель проекта, отметил: «Полученная нами энергия и удельная мощность значительно превышают наши ожидания. Мы занимались разработкой материалов с отрицательной ёмкостью на протяжении многих лет, но такие результаты стали для нас неожиданностью».
Сурадж Чима, один из основных авторов статьи, добавил: «Благодаря этой технологии мы сможем наконец приступить к реализации хранения энергии и подачи электричества, интегрированных в микросхемы очень маленьких размеров. Это может открыть новые горизонты в области энергетических технологий для микроэлектроники».
По материалам:
3dnews
