Bugün herkes enerji tüketimi konusunda endişeli. Ucuz enerji çağı sona erdi ve iklim sorunları çok daha önemli hale geldi. Bu, mikro değil makro ölçekte enerji tüketmeye başlayan ve doğrudan nükleer santrallere sunucu kurulumunu gerektiren mikroelektronik için tamamen geçerlidir. ABD’li bilim adamlarının geliştirdiği yeni bir teknoloji, çiplerin enerji tüketimini azaltmayı ve hatta “pilleri” çiplerin içine taşımayı vaat ediyor .
Keşif, Ulusal Laboratuvar’dan bilim adamları tarafından yapıldı. Lawrence Berkeley ve Kaliforniya Üniversitesi. Ancak, malzemelerde “negatif kapasitans” olarak adlandırılan şeyi inceleyerek elde edilen sonuca ulaşmak için uzun yıllar harcadılar . Fiziksel dünya için bu hayal edilmesi zor bir kavram. Ancak ferroelektriklerdeki bazı fiziksel olaylar için bu normdur.
Bilindiği gibi ferroelektrikler, harici bir elektromanyetik alanın etkisi altında kristal yapının polarizasyonunu değiştirir. Polarizasyondaki değişiklik, malzemenin negatif kapasitans tarafından gizlenen “fiziksel” kapasitansının değerini telafi eder. Sonuç olarak, klasik bir yalıtkan (dielektrik) yerine böyle bir malzemeye sahip bir transistörün kapısı daha düşük bir voltajda çalışmaya başlar ve bu, kısmen ısıya dönüşecek doğrudan bir enerji tasarrufudur. Malzeme aynı zamanda enerjiyi kendisi de depolayabiliyor ve bu daha sonra çipin güç kaynağını desteklemek için kullanılabiliyor.
Bir süper kapasitör oluşturmak için bilim adamları, hafniyum oksit ve zirkonyum oksitten (HfO 2 -ZrO 2 ) yapılmış iyi bilinen bir ferroelektrik kullandılar . Bir yenilik, ince film malzeme katmanlarının alüminyum oksit katmanlarıyla düzenlenmesinde boşlukların ve diğer geometrik parametrelerin seçilmesiydi. Raporlara göre 10 mm kalınlığa kadar bir yapı oluşturmak mümkün oldu. Ancak büyük olasılıkla kaynakta bir yazım hatası vardı, çünkü ince film yapılarının nanometre veya mikrometre düzeyinde bir kalınlık sağlama olasılığı daha yüksektir.
Yeni malzemenin laboratuvar testleri, 9 kat daha fazla enerji depolayabildiğini ve 170 kat daha fazla güç depolama kapasitesine sahip olduğunu gösterdi.
Berkeley Laboratuvarı kıdemli bilim insanı, Kaliforniya Üniversitesi profesörü ve proje lideri Sayeef Salahuddin şunları söyledi: “Elde ettiğimiz enerji ve güç yoğunluğu beklediğimizden çok daha yüksek. Uzun yıllardır negatif kapasitansa sahip malzemeler geliştiriyoruz ancak bu sonuçlar oldukça beklenmedikti.”
Makalenin baş yazarlarından biri olan Suraj Cheema şunları ekledi: “Bu teknolojiyle, nihayet çok küçük bir çipe entegre edilmiş enerji depolama ve güç dağıtımını gerçekleştirmeye başlayabiliriz. Bu, mikroelektronik için yeni bir enerji teknolojisi alanı açabilir.”
