Российские физики с русскими коллегами из США и Франции создали «невозможный» конденсатор

Некоторое время назад в издании Communications Physics вышла научная статья «Harnessing ferroelectric domains for negative capacitance», авторами которой стали российские физики из Южного федерального университета (Ростов-на-Дону) Юрий Тихонов и Анна Разумная, физики из французского Университета Пикардии имени Жюль Верна Игорь Лукьянчук и Анаис Сен, а также материаловед из Аргоннской национальной лаборатории Валерий Винокур. В статье рассказано о создании «невозможного» конденсатора с отрицательным зарядом, который был предсказан десятилетия назад, но получил практическое воплощение только теперь.

Разработка обещает революцию в электронных цепях полупроводниковых устройств. Пара из «отрицательного» и обычного конденсатора с положительным зарядом, соединённая последовательно, повышает уровень входного напряжения в заданной точке выше номинального значения до необходимого для работы конкретных участков электронных цепей. Иными словами, процессор может питаться сравнительно низким напряжением, но те участки цепей (блоки), которым для работы необходимо повышенное значение напряжения, с помощью пар «отрицательных» и обычных конденсаторов получат контролируемое питание с увеличенным вольтажом. Это обещает улучшить энергоэффективность вычислительных цепей и многое другое.

До данной реализации отрицательных конденсаторов аналогичный эффект достигался кратковременно и только с соблюдением специальных условий. Российские учёные вместе с коллегами из США и Франции придумали устойчивую и простую структуру отрицательных конденсаторов, подходящую для массового производства и для работы в обычных условиях.

Разработанная физиками структура отрицательного конденсатора представляет собой две разделённые области, каждая из которых содержит наночастицы ферроэлектрика с зарядом с одинаковой полярностью (в советской литературе они назывались сегнетоэлектрики). В обычном состоянии ферроэлектрики имеют нейтральный заряд, что происходит из-за произвольно ориентированных доменов внутри материала. Учёные сумели развести наночастицы с одинаковым зарядом по двум раздельным физическим областям конденсатора ― каждые в свою область.

На условной границе между двумя разнополярными областями тут же возникла так называемая доменная стена ― область изменения полярности. Оказалось, что доменную стену можно перемещать, если к одной из областей структуры подвести напряжение. Смещение доменной стены в одном направлении стало эквивалентно накоплению отрицательного заряда. Причём, чем сильнее заряжается конденсатор, тем ниже напряжение на его обкладках. В обычных конденсаторах всё не так. Повышение заряда ведёт к увеличению напряжения на обкладках. Поскольку отрицательный и обычный конденсатор включены последовательно, процессы не нарушают закон сохранения энергии, но приводят к появлению интересного явления в виде наращивания напряжения питания в нужных точках электронной цепи. Любопытно увидеть, как эти эффекты будут реализованы в электронных цепях.

Galaxpro писал(а):

я думаю, найдётся применение; а происходит это за счёт того, что домены, ориентированные по полю, увеличиваются в объёме за счёт доменов, ориентированных против поля; если интересно, то почитайте оригинал статьи; я же выше только вкратце объяснил и только так, как я понял

КАК можно повысить напряжение его понижая? И не надо мне про домены, давайте про вольтметр.

нобеля кто получит ?

американцы или лягушатники ?

наших наверно проигнорят ?

lesss

Цитата:

КАК можно повысить напряжение его понижая? И не надо мне про домены, давайте про вольтметр.

перераспределить для нужных точек цепи, как написано, так и понимайте - "появлению интересного явления в виде наращивания напряжения питания в нужных точках электронной цепи"
и как я могу объяснить без доменов, если они суть конденсатора)

Galaxpro писал(а):

перераспределить для нужных точек цепи, как написано, так и понимайте - "появлению интересного явления в виде наращивания напряжения питания в нужных точках электронной цепи" и как я могу объяснить без доменов, если они суть конденсатора)

Рисуйте схему - БП, "отрицательный конденсатор", нормальный конденсатор, земля.
Подведено 12 вольт, вот тут ("отрицательный конденсатор") 0 вольт, вот тут (где?), с какого-то перепуга - 30 вольт.
Откуда?

lesss
это закон сохранения энергии, в одном конденсаторе ёмкость высокая, напряжение низкое, в другом высокое напряжение за счёт перераспределения ёмкости; чтобы понять общую картину, нужно понимать процессы, происходящие в сегнетоэлектрическом конденсаторе, я же уже объяснил ранее вкратце)

Galaxpro писал(а):

lesss это закон сохранения энергии, в одном конденсаторе ёмкость высокая, напряжение низкое, в другом высокое напряжение и пониженная ёмкость; чтобы понять общую картину, нужно понимать процессы, происходящие в сегнетоэлектрическом конденсаторе, я же уже объяснил ранее вкратце)

Ещё раз - схему давайте, электрическую, принципиальную с контрольными точками для замеров. Ну, что поделать, мой "совковый" МЭИ приучен к схемам.

Если напряжение на обкладках данного конденсатора уменьшается с увеличением заряда, то есть увеличивается при уменьшении то, я так понимаю, в исходном состоянии он уже, как бы, заряжен?.. Такой себе конденсатор-антипод дуальный обычному.

lesss
какая нафиг схема, два конденсатора) ещё раз, изучите принцип работы данного конденсатора
p.s. кстати, я уточнил выше, цитата неправильная у вас, видимо, пока вы писали, я поправил)

из комментов я понял только то, что физики которые опубликовались в Communications Physics в которой просто так не опубликуешься, которые явно долго разрабатывали это и наконец разработали, были опущены комментаторами на торент трекере с припиской "нафиг нужно фтопку для БП это кз" ))

noname Incognito

Цитата:

в исходном состоянии он уже, как бы, заряжен?

нет не так, иначе это был бы источник вечной энергии)
я же писал ранее, что в конденсаторе образуется внутреннее электрическое поле, которое компенсирует внешнее

я понял, что ничего не понял

AnOcToJI писал(а):

из комментов я понял только то, что физики которые опубликовались в Communications Physics в которой просто так не опубликуешься, которые явно долго разрабатывали это и наконец разработали, были опущены комментаторами на торент трекере с припиской "нафиг нужно фтопку для БП это кз" ))

Мы заряжаем конденсатор, по мере заряда напряжение на нём стремится к нулю. Могу я узнать - как называется данный режим работы БП, когда есть ток, но нет напряжения?
Давайте, давайте, вспоминаем со скрипом школьный курс физики.
А данную статью явно писал гуманитарий. Я хотел расписать - почему, но вовремя спохватился - а оно мне надо? Пошёл спать.

"Что такое плюс и минус двенадцать вольт, знаешь?" (с)

ivanivanovicpupcin писал(а):

ну а простые люди на это раскошелятся хотя оно им не очень то и нужно.

Да простые люди даже не будут знать что там впаяно и как оно работает. Простые люди покупают решение в коробке. Некоторые "особо продвинутые" (сарказм) типа меня, покупая себе БП, смотрят, чтобы конденсаторы были японские, а не какой-нибудь китайский шлак, который вздуется через год. Но таких точно меньше 1%.

lesss писал(а):

Galaxpro писал(а): я думаю, найдётся применение; а происходит это за счёт того, что домены, ориентированные по полю, увеличиваются в объёме за счёт доменов, ориентированных против поля; если интересно, то почитайте оригинал статьи; я же выше только вкратце объяснил и только так, как я понял КАК можно повысить напряжение его понижая? И не надо мне про домены, давайте про вольтметр.

Да, да. И квадратный корень из минус единицы извлечь нельзя