新型納米結構可以使智能手機更高效

歐盟資助的研究人員和合作伙伴正在推動物理定律的發(fā)展，開發(fā)納米復合材料和納米電子電路，以極大地改善能源，熱學和計算性能。這可以使智能手機和其他電子產(chǎn)品更高效，并提高太陽能的潛力。

在當今世界，納米材料在智能設備和傳感器，智能家居，自主設備，機器人技術，生物技術和醫(yī)學的興起中起著至關重要的作用。

但是電路已經(jīng)變得如此小型和快速，以至于它們不再能夠處理信息處理過程中產(chǎn)生的熱量。

法國皮卡第·朱爾·凡爾納大學的Mimoun El Marssi說：“打破這種僵局的標準方法，例如通過減少發(fā)熱量或更有效地消除熱量，都無法跟上步伐。”

埃爾·馬西(El Marssi)是歐盟資助的ENGIMA項目的協(xié)調員，該項目致力于解決這一問題。它著重于如何以小規(guī)模有效地重新分配電力，利用納米技術的突破，這些突破開辟了新的可能性，并且應用直到幾年前才被認為不可能。

使不可能變?yōu)榭赡?/p>

ENGIMA研究人員面臨的主要挑戰(zhàn)是納米電子學中所謂的玻爾茲曼暴政問題。

它涉及電的最基本概念之一：電容，該電容表示要確保給定電壓需要在導體上放置多少電荷的量。標準教科書定義指出，電容始終為正。因此，電壓越大，存儲的電荷越大，進而，設備將產(chǎn)生更多的熱量。

在一項突破性的發(fā)展中，法國和俄羅斯的ENGIMA研究人員與美國能源部阿貢國家實驗室的Valerii Vinokur合作開發(fā)了永久性的靜態(tài)“負電容器”，這種設備直到大約十年前才被認為是不可能的。

先前提出的負電容器設計是在暫時的基礎上工作的，但是ENGIMA開發(fā)的負電容器是第一個用作穩(wěn)態(tài)可逆器件的電容器。

所提出的方法利用了鐵電材料的特性，該鐵電材料具有可以被外部電場逆轉的自發(fā)極化。增加正極電容器上的電荷會增加電壓。負電容會發(fā)生相反的情況-隨著電荷的增加，其電壓會下降。

通過將兩個電容器配對，可以將正電容器的電壓局部增加到高于系統(tǒng)總電壓的點。這使得電可以分配到電路中需要更高電壓的區(qū)域，而整個電路都可以在更低電壓下工作。

ENGIMA首席研究員Igor Lukyanchuk指出，這一突破將有助于降低電子設備的開關能量和工作電壓，從而減少熱量損失。

他說：“負電容是減少納米電路能耗和解決限制傳統(tǒng)計算電路性能的過熱問題的最新進展之一。” “在這項研究的基礎上，我們正在開發(fā)一個實用的平臺，以實現(xiàn)用于信息處理的超低功耗設備。”

走向無電池智能設備

實際上，這意味著您的智能手機，物聯(lián)網(wǎng)設備和許多其他電子系統(tǒng)將變得更加節(jié)能。結合ENGIMA正在進行的其他工作，它可以從根本上改變我們在能源利用，消耗和存儲方面的經(jīng)驗。

基于光伏技術和用于太陽能轉換的薄膜材料的最新進展，法國和墨西哥的ENGIMA研究團隊正在開發(fā)經(jīng)過微調的新型多功能超晶格納米結構，以優(yōu)化鐵電，結構和光伏響應。這項工作有望為未來的光伏材料設計一種新的納米結構的有效方法。

El Marssi說：“這些光伏系統(tǒng)可以成為下一代綠色能源，可以安全，可靠，環(huán)保地替代自供電智能系統(tǒng)中的電池。”

同時，由Jo?efStefan研究所的Zdravko Kutnjak領導的斯洛文尼亞ENGIMA研究人員正在探索其他方法來克服“玻爾茲曼暴政”。他們正在利用所謂的電熱效應，該效應導致材料在施加的電場下顯示出可逆的溫度變化。該團隊首次證明了液晶可以用作溫度變化較大的電熱材料。

據(jù)Kutnjak稱，該領域的發(fā)展吸引了研究和工業(yè)界的極大興趣，因為它表明了將冷卻器有效地集成到納米電子計算電路中。

他補充說：“我們希望與固態(tài)系統(tǒng)相比，液晶設備原型的冷卻溫度將大大提高。” “此外，液晶材料可以以任何形狀使用，并且這種設備不會受到由材料破裂引起的疲勞問題的影響。”

ENGIMA的成果有望為高科技行業(yè)帶來重大的新機遇和可能性，尤其是在解決當前能源消耗和收成問題方面，并在許多領域都有應用。

“從這個角度來看，ENGIMA可能會改善歐盟公民的長期生活質量和健康狀況。例如，通過促進不同智能系統(tǒng)的開發(fā)，” El Marssi說。“還設想，ENGIMA將為填補歐洲與其他國家之間在將多功能納米材料應用于計算和能源消耗技術方面的研究活動中的空白提供幫助。”