Сегнетоэлектрики сокротят энергопотребление электронных схем

Инженеры Калифорнийского университета в Беркли сделали открытие, которое позволит уменьшить минимально необходимое напряжение для хранения заряда в конденсаторе, а следовательно снизить энергопотребление и тепловыделение электронных схем.

Проблемы с высоким энергопотреблением достаточно остро ощущаются в компьютерной электронике. Реалии и задачи сегодняшнего дня требуют все больших вычислительных возможностей персональных компьютеров и мобильных устройств. Из-за физики процессов, происходящих в электронных компонентах микропроцессоров, увеличение вычислительной мощности процессора неизбежно ведет к увеличению им потребляемой электрической мощности. Но при сохранении миниатюрных размеров микрочипов, нельзя до бесконечности увеличивать их потребляемую мощность. А для мобильных устройств увеличение потребления вообще неприемлемо.

Инженеры из Калифорнийского университета обратили свое внимание на сегнетоэлектрики – материалы, содержащие как положительные, так и отрицательные электрические заряды. Сегнетоэлектрики способны удерживать заряд даже без приложения к ним напряжения. Более того их электрическая поляризация может быть изменена с помощью внешнего электрического поля.

Инженеры продемонстрировали конденсатор, сделанный из сегнетоэлектрика, способный хранить заряд очень маленькой величины. Причем накопленный заряд может увеличиваться благодаря так называемому явлению отрицательной емкости, присущему сегнетоэлектрикам.  Целью дальнейших исследований является создание транзистора на основе изучаемых материалов.

Созданный транзистор сможет генерировать больший заряд при меньшем напряжении. Следовательно, сократится его энергопотребление. Следовательно, можно будет увеличивать вычислительную мощность всего процессора путем уменьшения размеров компонентов и увеличения их числа.

Проблема лишь состоит в том, что изучаемые исследователями сегнетоэлектрические материалы «демонстрируют» свойство отрицательной емкости только при достаточно высоких температурах (200 °С). В настоящее время ведутся поиски новых материалов, демонстрирующих свои характеристики при комнатных температурах.