En grupp forskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory och UC Berkeley har gjort ett stort genombrott i utvecklingen av kondensatorer. Resultaten har publicerats i den ansedda vetenskapliga tidskriften Nature och kan leda till helt nya kretsdesigner.
Upptäckten är ett nytt material bestående av mycket tunna lager av hafniumoxid-zirkoniumoxid (HfO2-ZrO2) med något som kallas negativ kapacitans. Det är ett fenomen som har studerats mycket de senaste åren och uppstår i ferroelektriska material. Med ett ännu tunnare lager aluminiumoxid instoppat då och då mellan lagren av HfO2-ZrO2 kunde de bygga upp en upp till 100 nanometer tjock film av materialet, med bibehållna egenskaper.
Forskarna hade förutsett att det här skulle leda till en hög kapacitet att lagra laddning, men den faktiska kapaciteten visade sig vara mycket högre än väntat. De färdiga tredimensionella ”mikrokondensatorerna” de byggde med filmen kan hålla 7 gånger mer laddning än traditionella elektrostatiska kondensatorer i samma storlek, och kan laddas ur med 170 gånger högre effekt.
– Energi- och effekttätheten vi fick är mycket högre än vi hade väntat oss. Vi har utvecklat material med negativ kapacitans i många år men de här resultaten var väldigt förvånande, säger artikelns huvudförfattare Sayeef Salahuddin till Nature.
Suraj Cheema, en annan av forskarna i studien, säger att upptäckten kan leda till integrerade kretsar med inbyggda kondensatorer för att lagra laddning och förse kretsen med ström.
