Jonkin aikaa sitten Communications Physics -julkaisu julkaisi tieteellisen artikkelin "Ferrosähköisten domeenien valjastaminen negatiiviseen kapasitanssiin", jonka ovat kirjoittaneet Venäjän fyysikot eteläisen liittovaltion yliopistosta (Rostov-na-Don) Yuri Tikhonov ja Anna Razumnaya, fyysikot Ranskan Jules Verne Picardyn yliopistosta Igor Lukyanchuk ja Anais Sen sekä Argonnen kansallislaboratorion materiaalitieteellinen tutkija Valeri Vinokur. Artikkelissa kerrotaan negatiivisen varauksen omaavan "mahdottoman" kondensaattorin luomisesta, joka ennustettiin vuosikymmeniä sitten, mutta vasta nyt on otettu käyttöön.
Kehitys lupaa mullistaa puolijohdelaitteiden elektroniset piirit. Pari "negatiivista" ja tavanomainen positiivisesti varautunut kondensaattori, kytkettynä sarjaan, nostaa tulojännitteen tason tietyssä pisteessä nimellisarvon yläpuolella tasolle, joka tarvitaan tiettyjen elektronisten piirien osien toimintaan. Toisin sanoen suorittimeen voidaan saada virtaa suhteellisen matalalta jännitteeltä, mutta ne piirien (lohkojen) osat, jotka tarvitsevat korotettua jännitearvoa toiminnalle, saavat kontrolloidun syöttön korotetulla jännitteellä käyttämällä "negatiivisten" ja tavanomaisten kondensaattoreiden paria. Tämä lupaa parantaa laskentapiirien energiatehokkuutta ja enemmän.
Ennen tätä negatiivisten kondensaattorien toteuttamista samanlainen vaikutus saavutettiin lyhyen aikaa ja vain erityisissä olosuhteissa. Venäläiset tutkijat ovat yhdessä Yhdysvaltojen ja Ranskan kollegoiden kanssa keksineet vakaan ja yksinkertaisen negatiivisen kondensaattorirakenteen, joka soveltuu massatuotantoon ja normaaliin toimintaan.
Fyysikoiden kehittämä negatiivisen kondensaattorin rakenne koostuu kahdesta erotetusta alueesta, joista kukin sisältää ferroelektrisen nanohiukkasia, joiden varaus on samalla polaarisella (Neuvostoliiton kirjallisuudessa niitä kutsuttiin ferrosähköisiksi). Normaalitilassa ferroelektrisillä laitteilla on neutraali varaus, mikä tapahtuu materiaalin sisällä sattumanvaraisesti suuntautuneiden domeenien vuoksi. Tutkijat ovat onnistuneet liuottamaan nanohiukkaset samalla varauksella kahdelle erilliselle kondensaattorin fyysiselle alueelle - kukin omalle alueelleen.
Niin kutsuttu domeeniseinä, napaisuuden kääntymisalue, ilmestyi välittömästi kahden eri polaarisen alueen väliselle ehdolliselle rajalle. Kävi ilmi, että verkkoseinää voidaan siirtää, jos jännite kohdistetaan johonkin rakenteen alueista. Verkkotunnuksen seinämän siirtyminen yhteen suuntaan tuli vastaavaksi negatiivisen varauksen kertymisen kanssa. Lisäksi mitä enemmän kondensaattoria ladataan, sitä alhaisempi jännite sen levyillä on. Näin ei ole tavanomaisissa kondensaattoreissa. Latauksen lisääminen johtaa levyjen välisen jännitteen lisääntymiseen. Koska negatiiviset ja tavanomaiset kondensaattorit on kytketty sarjaan, prosessit eivät riko energiansäästölakia, vaan johtavat mielenkiintoiseen ilmiöön syöttöjännitteen kasvattamisen muodossa elektronisen piirin halutuissa kohdissa. On utelias näkemään, kuinka nämä vaikutukset toteutetaan sähköisissä piireissä.
Kirjoittaja: Gennady Detinich
