Enige tijd geleden publiceerde de publicatie Communications Physics een wetenschappelijk artikel "Ferro-elektrische domeinen benutten voor negatieve capaciteit", waarvan de auteurs Russische natuurkundigen waren van de Southern Federal University (Rostov aan de Don) Yuri Tikhonov en Anna Razumnaya, natuurkundigen van de Franse Jules Verne Picardy University Igor Lukyanchuk en Anais Sen, evenals materiaalwetenschapper van het Argonne National Laboratory Valery Vinokur. Het artikel vertelt over het ontstaan van een "onmogelijke" condensator met een negatieve lading, die decennia geleden werd voorspeld, maar nu pas in de praktijk is gebracht.
De ontwikkeling belooft een revolutie teweeg te brengen in de elektronische circuits van halfgeleiderapparaten. Een paar "negatieve" en een conventionele positief geladen condensator, in serie geschakeld, verhoogt het ingangsspanningsniveau op een bepaald punt boven de nominale waarde tot het niveau dat nodig is voor de werking van specifieke secties van elektronische schakelingen. Met andere woorden, de processor kan worden gevoed door een relatief lage spanning, maar die secties van de circuits (blokken) die een verhoogde spanningswaarde nodig hebben om te werken, zullen een geregelde voeding ontvangen met een verhoogde spanning met behulp van paren "negatieve" en conventionele condensatoren. Dit belooft de energie-efficiëntie van computercircuits en meer te verbeteren.
Voorafgaand aan deze implementatie van negatieve condensatoren werd een soortgelijk effect gedurende korte tijd en alleen onder speciale omstandigheden bereikt. Russische wetenschappers hebben samen met collega's uit de Verenigde Staten en Frankrijk een stabiele en eenvoudige negatieve condensatorstructuur bedacht die geschikt is voor massaproductie en voor normaal bedrijf.
De structuur van een door natuurkundigen ontwikkelde negatieve condensator bestaat uit twee gescheiden gebieden, die elk nanodeeltjes van een ferro-elektrisch materiaal bevatten met een lading van dezelfde polariteit (in de Sovjetliteratuur werden ze ferro-elektrisch genoemd). In de normale toestand hebben ferro-elektrische verbindingen een neutrale lading, die optreedt als gevolg van willekeurig georiënteerde domeinen in het materiaal. Wetenschappers zijn erin geslaagd nanodeeltjes met dezelfde lading op te lossen in twee afzonderlijke fysieke gebieden van de condensator - elk in hun eigen gebied.
Een zogenaamde domeinmuur, een gebied van polariteitsomkering, verscheen onmiddellijk op de voorwaardelijke grens tussen twee verschillende poolgebieden. Het bleek dat de domeinmuur kan worden verplaatst als er spanning wordt aangelegd op een van de delen van de structuur. De verplaatsing van de domeinwand in één richting werd gelijk aan de accumulatie van een negatieve lading. Bovendien, hoe meer de condensator is opgeladen, hoe lager de spanning over zijn platen. Dit is niet het geval met conventionele condensatoren. Het verhogen van de lading leidt tot een toename van de spanning over de platen. Omdat de negatieve en gewone condensatoren in serie zijn geschakeld, schenden de processen de wet van behoud van energie niet, maar leiden ze tot het verschijnen van een interessant fenomeen in de vorm van het verhogen van de voedingsspanning op de noodzakelijke punten van het elektronische circuit. Het is merkwaardig om te zien hoe deze effecten in elektronische schakelingen zullen worden geïmplementeerd.
Auteur: Gennady Detinich
