新型納米結(jié)構(gòu)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(fù)合材料和納米電子電路，以極大地改善能源，熱學(xué)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(dāng)今世界，納米材料在智能設(shè)備和傳感器，智能家居，自主設(shè)備，機器人技術(shù)，生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)的興起中起著至關(guān)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(xué)的Mimoun El Marssi說：“打破這種僵局的標(biāo)準(zhǔn)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(diào)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(shù)的突破，這些突破開辟了新的可能性，并且應(yīng)用直到幾年前才被認(rèn)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(xué)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(dǎo)體上放置多少電荷的量。標(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(fù)電容器”，這種設(shè)備直到大約十年前才被認(rèn)為是不可能的。

先前提出的負(fù)電容器設(shè)計是在暫時的基礎(chǔ)上工作的，但是ENGIMA開發(fā)的負(fù)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(zhuǎn)的自發(fā)極化。增加正極電容器上的電荷會增加電壓。負(fù)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(shè)備的開關(guān)能量和工作電壓，從而減少熱量損失。

他說：“負(fù)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(chǔ)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(shè)備。”

走向無電池智能設(shè)備

實際上，這意味著您的智能手機，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和許多其他電子系統(tǒng)將變得更加節(jié)能。結(jié)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(shù)和用于太陽能轉(zhuǎn)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(diào)的新型多功能超晶格納米結(jié)構(gòu)，以優(yōu)化鐵電，結(jié)構(gòu)和光伏響應(yīng)。這項工作有望為未來的光伏材料設(shè)計一種新的納米結(jié)構(gòu)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(lǐng)導(dǎo)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(yīng)，該效應(yīng)導(dǎo)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(lǐng)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(shè)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(shè)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(dāng)前能源消耗和收成問題方面，并在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用。

“從這個角度來看，ENGIMA可能會改善歐盟公民的長期生活質(zhì)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(shè)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(yīng)用于計算和能源消耗技術(shù)方面的研究活動中的空白提供幫助。”