Вчені з Каліфорнійського університету в Берклі знайшли спосіб зменшити мінімальну напругу, необхідну для зберігання заряду у конденсаторі. Це досягнення може істотно знизити енергоспоживання та тепловиділення сучасної електроніки.

Чим більша швидкодія у сучасного комп'ютера, тим сильніше він нагрівається. На даний час технологія підійшла до межі можливостей процесорів, коли необхідні занадто потужні та складні системи охолодження. А вся справа у тому, що напруга для живлення транзисторів сучасних мікросхем залишається на рівні 1 вольт вже протягом близько 10 років. Це пов'язано з фізичними принципами роботи транзистора, і ріст продуктивності процесорів йшов по шляху нарощування кількості транзисторів і їхньої мініатюризації. 

Сьогодні процесор може вміщувати мільярди транзисторів, однак зменшення розміру не призвело до пропорційного скорочення загальної споживаної потужності, необхідної для роботи комп'ютерного чипа. При кімнатній температурі необхідно не менше 60 мілівольт для того, щоб струм проходив крізь транзистор, а внаслідок того, що різниця напруги між вмиканням і вимиканням повинна бути значною, потрібно не менше 1 вольта для його роботи. Через це з 2005 року частота процесорів не сильно виросла, а ефективно розсіювати тепло процесорів і зменшувати їхній розмір стає усе важче.

Експериментальний пристрій, виготовлений із сегнетоелектричних матеріалів. Ця конфігурація може підсилювати заряд у шарі титанату стронцію при незмінній напрузі

Ключем до електроніки нового покоління повинен стати більш енергоефективний транзистор, і американські вчені, схоже, придумали, як це зробити. Рішення полягає у додаванні в конструкцію сучасних транзисторів сегнетоелектриків (фероелектриків), які потенційно можуть генерувати більший заряд при меншій напрузі. Сегнетоелектрики мають унікальну властивість: можуть містити позитивні та негативні електричні заряди, навіть без прикладання електричної напруги. Більше того, електрична поляризація у сегнетоелектриках може бути змінена за допомогою зовнішнього електричного поля.

Інженери Каліфорнійського університету продемонстрували конденсатор із сегнетоелектрика у парі з діелектриком, що здатний підсилювати накопичений заряд. Це явище, що називається негативною ємністю, може допомогти перебороти існуючу проблему енергоефективності транзисторів і створити малопотужні транзистори без шкоди для продуктивності та швидкодії.

У своєму прототипі електронного пристрою нового типу дослідники застосували пари сегнетоелектричних матеріалів: цирконату-титанату свинцю з діелектриком з титанату стронцію. Вони подали напругу на цю структуру, а також тільки на титанат стронцію. Після цього вчені зрівняли кількість заряду, що зберігається в обох пристроях. Сегнетоелектрична структура продемонструвала дворазове підвищення заряду при збереженні напруги на низькому рівні. Інакше кажучи, сегнетоелектричний пристрій демонструє ту ж потужність, але при меншій напрузі, ніж традиційні електронні пристрої. При цьому ефект спостерігається навіть при температурі у 200 градусів Цельсія, у той час як для сучасних процесорів гранична робоча температура дорівнює близько 85 градусам.

У цей час вчені зайняті підготовкою до експерименту по створенню сегнетоелектричного транзистора, здатного вмикатися і вимикатися, генеруючи нулі та одиниці двійкового коду комп'ютера. Якщо вдасться цього досягти, індустрію обчислювальної техніки чекає справжня революція, пов'язана з появою потужних мікропроцесорів з низьким енергоспоживанням.

За матеріалами: rnd.cnews.ru