Mõni aeg tagasi avaldas väljaanne Communications Physics teadusartikli "Ferroelektriliste domeenide rakendamine negatiivse mahtuvuse jaoks", mille autoriteks on Lõuna Föderaalse Ülikooli (Rostov Doni ääres) vene füüsikud Juri Tikhonov ja Anna Razumnaya, Prantsuse Jules Verne Picardy ülikooli füüsikud Igor Lukjanchuk ja Anais Sen, samuti materjaliteadlane Argonne'i riiklikust laborist Valeri Vinokur. Artikkel räägib negatiivse laenguga "võimatu" kondensaatori loomisest, mida ennustati aastakümneid tagasi, kuid alles nüüd on see praktikas kasutusele võetud.
Arendus lubab muuta pooljuhtseadmete elektroonilisi vooluahelaid revolutsiooniliseks. Paar "negatiivset" ja tavapäraselt positiivselt laetud kondensaatorit, mis on ühendatud järjestikku, tõstab sisendpinge taseme antud punktis nimiväärtusest kõrgemale tasemele, mis on vajalik elektrooniliste vooluahelate konkreetsete sektsioonide tööks. Teisisõnu, protsessorit saab toita suhteliselt madala pingega, kuid need ahelate (plokkide) lõigud, mille tööks on vaja suurenenud pinge väärtust, saavad suurenenud pingega kontrollitud toiteallika, kasutades "negatiivsete" ja tavapäraste kondensaatorite paari. See tõotab parandada arvutusahelate energiatõhusust ja palju muud.
Enne negatiivsete kondensaatorite rakendamist saavutati sarnane efekt lühikese aja jooksul ja ainult eritingimustel. Vene teadlased on koos kolleegidega USA-st ja Prantsusmaalt välja tulnud stabiilse ja lihtsa negatiivse kondensaatoristruktuuriga, mis sobib masstootmiseks ja normaalseks tööks.
Füüsikute väljatöötatud negatiivse kondensaatori struktuur koosneb kahest eraldatud piirkonnast, millest igaüks sisaldab sama polaarsusega laenguga ferroelektri nanoosakesi (nõukogude kirjanduses nimetati neid ferroelektrikuteks). Normaalses olekus on ferroelektrikutel neutraalne laeng, mis tekib materjali juhuslikult orienteeritud domeenide tõttu. Teadlastel on õnnestunud sama laenguga nanoosakesed lahustada kondensaatori kahes eraldiseisvas füüsilises piirkonnas - igaüks oma piirkonnas.
Kahe erineva polaarpiirkonna vahelisele tingimuslikule piirile ilmus kohe nn domeenisein, polaarsuse ümberpööratud piirkond. Selgus, et domeeni seina saab liigutada, kui konstruktsiooni ühele piirkonnale rakendatakse pinget. Domeeniseina nihkumine ühes suunas muutus samaväärseks negatiivse laengu kogunemisega. Veelgi enam, mida rohkem kondensaatorit laetakse, seda madalam on selle plaatide pinge. Tavaliste kondensaatorite puhul see pole nii. Laengu suurendamine põhjustab plaatide vahelise pinge suurenemist. Kuna negatiivsed ja tavalised kondensaatorid on üksteisega ühendatud, ei riku protsessid energia säästmise seadust, vaid põhjustavad huvitava nähtuse ilmnemise toitepinge suurendamise näol elektroonilise vooluahela vajalikes punktides. On uudishimulik näha, kuidas neid efekte elektroonilistes vooluringides rakendatakse.
Autor: Gennadi Detinich
