Новые наноструктуры могут сделать смартфоны более эффективными

В современном мире наноматериалы играют решающую роль в появлении интеллектуальных устройств, датчиков, умных домов, автономных устройств, робототехники, биотехнологии и медицины.

Схемы стали настолько миниатюрными и быстрыми, что больше не могут управлять теплом, выделяемым при обработке информации.

Отрицательный конденсатор

«Стандартные способы выхода из этого тупика, такие как создание меньшего количества тепла или более эффективное его удаление, уже не подходят», - говорит Мимун Эль-Марсси из Университета Пикардии Жюля Верна во Франции.
Эль Марсси является координатором финансируемого ЕС проекта ENGIMA, который занимается именно этой проблемой. Основное внимание уделяется тому, как эффективно перераспределять электроэнергию в крошечных масштабах, используя прорывы в области нанотехнологий, которые открывают новые возможности, которые считались не реализуемыми всего несколько лет назад.

Основной проблемой, с которой сталкиваются исследователи ENGIMA, является так называемый эффект Больцмановской тирании в наноэлектронике.

Это относится к одному из самых основных понятий электричества: емкости, величине, показывающей, сколько заряда необходимо проводнику, чтобы обеспечить заданное напряжение. Стандартное определение учебника утверждает, что емкость всегда положительна. Следовательно, чем больше напряжение, тем больше накопленный заряд и, в свою очередь, тем больше тепла будет генерироваться устройством.

В рамках исследования ученые ENGIMA из Франции и России, работающие в сотрудничестве с Валерием Винокуром из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США, разработали постоянный статический «отрицательный конденсатор», устройство, которое считалось невозможным примерно десять лет назад.

Ранее предложенные конструкции для отрицательных конденсаторов работали на временной, переходной основе, но отрицательный конденсатор, разработанный ENGIMA, впервые стал работать как устойчивое обратимое устройство.

Предложенный подход использует свойства сегнетоэлектрических материалов, которые обладают спонтанной поляризацией, которая может быть изменена внешним электрическим полем. Увеличение заряда на положительном конденсаторе увеличивает напряжение. Обратное происходит с отрицательным конденсатором - его напряжение падает с увеличением заряда.

Сопрягая два конденсатора, напряжение положительного конденсатора может быть локально увеличено до точки, превышающей общее напряжение системы. Это позволяет распределять электричество по областям схемы, требующим более высокого напряжения, тогда как вся цепь работает при более низком напряжении.

Этот прорыв поможет снизить энергию переключения и рабочее напряжение электронных устройств, тем самым сократив потери тепла, отмечает Игорь Лукьянчук, ведущий исследователь ENGIMA.

«Отрицательная емкость является одним из наиболее важных последних достижений в снижении энергопотребления наносхем и решении проблем перегрева, которые ограничивают производительность обычных вычислительных схем», - говорит он. «Опираясь на это исследование, мы разрабатываем практическую платформу для реализации сверхмалых устройств для обработки информации».

На практике это будет означать, что ваш смартфон, устройства Интернета вещей и многие другие электронные системы станут намного более энергоэффективными. В сочетании с другими работами, проводимыми в рамках ENGIMA, это может радикально изменить наш опыт использования, потребления и хранения энергии.

Основываясь на последних достижениях в области фотоэлектрических технологий и тонкопленочных материалов для преобразования солнечной энергии, исследовательские группы ENGIMA во Франции и Мексике разрабатывают новые многофункциональные сверхрешеточные наноструктуры для оптимизации сегнетоэлектрических, структурных и фотоэлектрических характеристик. Работа обещает эффективный способ создания новых наноструктур для будущих фотоэлектрических материалов.

«Эти фотоэлектрические системы могут стать источниками экологически чистой энергии следующего поколения в качестве безопасной, надежной, экологически чистой замены батарей в умных системах с автономным питанием», - говорит Эль Марсси.

Тем временем исследователи ENGIMA из Словении во главе с Здравко Кутняком, Институте Йожефа Стефана, изучают другие способы преодоления «Больцмановской тирании». Они используют так называемый электрокалорический эффект, который заставляет материалы демонстрировать обратимое изменение температуры под воздействием электрического поля. Команда впервые продемонстрировала, что жидкие кристаллы могут использоваться в качестве электрокалорических материалов с большими изменениями температуры.

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

По словам Кутняка, разработки в этой области вызвали огромный интерес со стороны научных и промышленных кругов, поскольку это предполагает эффективную интеграцию наноэлектронных вычислительных схем в микросхемы.

«Мы ожидаем, что температура охлаждения в прототипах жидкокристаллических устройств будет значительно повышена по сравнению с твердотельными системами», - добавляет он. «Кроме того, жидкокристаллический материал можно использовать в любой форме, и на такие устройства не будут влиять проблемы усталости, вызванные растрескиванием материалов».

Результаты ENGIMA обещают открыть новые возможности для высокотехнологичных отраслей, особенно в решении текущих проблем энергопотребления. опубликовано econet.ru по материалам nanowerk.com

Подписывайтесь на наш youtube канал!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet