Vor einiger Zeit veröffentlichte die Veröffentlichung Kommunikationsphysik einen wissenschaftlichen Artikel "Nutzung ferroelektrischer Domänen für negative Kapazitäten", dessen Autoren russische Physiker der Südlichen Bundesuniversität (Rostow am Don) Yuri Tikhonov und Anna Razumnaya, Physiker der französischen Jules Verne Picardie Universität Igor, waren Lukyanchuk und Anais Sen sowie Materialwissenschaftler des Argonne National Laboratory Valery Vinokur. Der Artikel erzählt von der Schaffung eines "unmöglichen" Kondensators mit negativer Ladung, der vor Jahrzehnten vorhergesagt wurde, aber erst jetzt in die Praxis umgesetzt wurde.
Die Entwicklung verspricht, die elektronischen Schaltungen von Halbleiterbauelementen zu revolutionieren. Ein Paar von "negativen" und einem herkömmlichen positiv geladenen Kondensator, die in Reihe geschaltet sind, erhöht den Eingangsspannungspegel an einem bestimmten Punkt über dem Nennwert auf den Pegel, der für den Betrieb bestimmter Abschnitte elektronischer Schaltungen erforderlich ist. Mit anderen Worten kann der Prozessor mit einer relativ niedrigen Spannung betrieben werden, aber diejenigen Abschnitte der Schaltungen (Blöcke), die einen erhöhten Spannungswert für den Betrieb benötigen, erhalten eine gesteuerte Stromversorgung mit einer erhöhten Spannung unter Verwendung von Paaren von "negativen" und herkömmlichen Kondensatoren. Dies verspricht eine Verbesserung der Energieeffizienz von Rechenschaltungen und mehr.
Vor dieser Implementierung von negativen Kondensatoren wurde ein ähnlicher Effekt für kurze Zeit und nur unter besonderen Bedingungen erzielt. Russische Wissenschaftler haben zusammen mit Kollegen aus den USA und Frankreich eine stabile und einfache negative Kondensatorstruktur entwickelt, die für die Massenproduktion und den normalen Betrieb geeignet ist.
Die Struktur eines von Physikern entwickelten negativen Kondensators besteht aus zwei getrennten Regionen, von denen jede Nanopartikel eines Ferroelektrikums mit einer Ladung gleicher Polarität enthält (in der sowjetischen Literatur wurden sie Ferroelektrika genannt). Im Normalzustand haben Ferroelektrika eine neutrale Ladung, die aufgrund zufällig orientierter Domänen innerhalb des Materials auftritt. Wissenschaftlern ist es gelungen, Nanopartikel mit derselben Ladung in zwei getrennten physikalischen Regionen des Kondensators aufzulösen - jede in ihrer eigenen Region.
An der bedingten Grenze zwischen zwei verschiedenen Polarregionen erschien sofort eine sogenannte Domänenwand, ein Bereich der Polaritätsumkehr. Es stellte sich heraus, dass die Domänenwand bewegt werden kann, wenn an einen der Bereiche der Struktur Spannung angelegt wird. Die Verschiebung der Domänenwand in eine Richtung wurde äquivalent zur Akkumulation einer negativen Ladung. Darüber hinaus ist die Spannung an den Platten umso niedriger, je mehr der Kondensator geladen ist. Dies ist bei herkömmlichen Kondensatoren nicht der Fall. Das Erhöhen der Ladung führt zu einer Erhöhung der Spannung an den Platten. Da die negativen und gewöhnlichen Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, verstoßen die Prozesse nicht gegen das Energieerhaltungsgesetz, sondern führen zum Auftreten eines interessanten Phänomens in Form einer Erhöhung der Versorgungsspannung an den notwendigen Punkten der elektronischen Schaltung. Es ist gespannt, wie diese Effekte in elektronischen Schaltungen umgesetzt werden.
Verfasser: Gennady Detinich
