Před nějakou dobou publikace Communications Physics zveřejnila vědecký článek „Využití ferroelektrických domén pro negativní kapacitu“, autorů ruských fyziků z Jižní federální univerzity (Rostov na Donu) Jurij Tikhonov a Anna Razumnaya, fyziků z Francouzské univerzity Jules Verne Picardy Igor Lukyanchuk a Anais Sen, jakož i vědec materiálů z Argonne National Laboratory Valery Vinokur. Článek vypráví o vytvoření „nemožného“kondenzátoru se záporným nábojem, který byl předpovězen před desítkami let, ale teprve nyní byl uveden do praxe.
Vývoj slibuje revoluci elektronických obvodů polovodičových zařízení. Dvojice „záporných“a konvenčně pozitivně nabitých kondenzátorů zapojených do série zvyšuje hladinu vstupního napětí v daném bodě nad nominální hodnotu na úroveň nezbytnou pro provoz konkrétních úseků elektronických obvodů. Jinými slovy, procesor může být napájen relativně nízkým napětím, ale ty části obvodů (bloků), které pro provoz potřebují zvýšenou hodnotu napětí, obdrží regulovaný zdroj energie se zvýšeným napětím pomocí párů "záporných" a konvenčních kondenzátorů. To slibuje zlepšení energetické účinnosti výpočetních obvodů a dalších.
Před touto implementací negativních kondenzátorů byl podobný účinek dosažen za krátkou dobu a pouze za zvláštních podmínek. Ruští vědci společně s kolegy ze Spojených států a Francie přišli se stabilní a jednoduchou strukturou negativního kondenzátoru vhodnou pro hromadnou výrobu a pro práci za normálních podmínek.
Struktura negativního kondenzátoru vyvinutého fyziky sestává ze dvou oddělených oblastí, z nichž každá obsahuje nanočástice ferroelektriky s nábojem stejné polarity (v sovětské literatuře se to nazývalo ferroelektrika). V normálním stavu mají ferroelektrika neutrální náboj, ke kterému dochází v důsledku náhodně orientovaných domén v materiálu. Vědci dokázali rozpustit nanočástice se stejným nábojem ve dvou oddělených fyzických oblastech kondenzátoru - každý ve své vlastní oblasti.
Na podmíněném okraji mezi dvěma různými polárními oblastmi se okamžitě objevila tzv. Doménová zeď, oblast obrácení polarity. Ukázalo se, že stěnu domény lze přesunout, pokud je na jednu z oblastí struktury aplikováno napětí. Posun doménové zdi v jednom směru se stal ekvivalentem akumulace záporného náboje. Navíc čím více je kondenzátor nabitý, tím nižší je napětí na jeho deskách. To není případ konvenčních kondenzátorů. Zvýšení náboje vede ke zvýšení napětí na deskách. Protože záporné a běžné kondenzátory jsou zapojeny do série, procesy neporušují zákon zachování energie, ale vedou ke vzniku zajímavého jevu ve formě zvyšování napájecího napětí v nezbytných bodech elektronického obvodu. Je zvláštní sledovat, jak budou tyto efekty implementovány v elektronických obvodech.
Autor: Gennady Detinich