Ingeniører opdager meget ledende materialer til mere effektiv elektronik

Ingeniører fra University of Utah og University of Minnesota har opdaget, at grænseflade mellem to bestemte oxidbaserede materialer gør dem meget ledende, en velsignelse for fremtidens elektronik, der kan resultere i meget mere strømeffektive bærbare computere, elbiler og husholdningsapparater, der heller ikke har brug for besværlige strømforsyninger.

Deres resultater blev offentliggjort denne måned i det videnskabelige tidsskrift, APL materialer .

Holdet ledet af University of Utahs el- og computeringeniørassistent Berardi Sensale-Rodriguez og University of Minnesota kemiteknik og materialevidenskabsassistent Bharat Jalan afslørede, at når to oxidforbindelser - strontiumtitanat (STO) og neodymtitanat (NTO) - interagerer med hinanden, bindingerne mellem atomerne er arrangeret på en måde, der producerer mange frie elektroner, de partikler, der kan føre elektrisk strøm. STO og NTO er i sig selv kendt som isolatorer - materialer som glas - der slet ikke er ledende.

Men når de grænseflader, mængden af ​​producerede elektroner er hundrede gange større end hvad der er muligt i halvledere. "Det er også omkring fem gange mere ledende end silicium [det materiale, der bruges mest i elektronik], " siger Sensale-Rodriguez.

Denne innovation kunne i høj grad forbedre strømtransistorer - enheder inden for elektronik, der regulerer den elektriske strøm - ved at gøre strømforsyninger meget mere effektive til genstande lige fra fjernsyn og køleskabe til håndholdte enheder, Sensale-Rodriguez siger. I dag, Elektronikproducenter bruger et materiale kaldet galliumnitrid til transistorer i strømforsyninger og anden elektronik, der fører store elektriske strømme. Men det materiale er blevet udforsket og optimeret i mange år og kan sandsynligvis ikke gøres mere effektivt. I denne opdagelse gjort af teamet i Utah og Minnesota, grænsefladen mellem STO og NTO kan være mindst lige så ledende som galliumnitrid og vil sandsynligvis være meget mere i fremtiden.

"Når jeg ser på fremtiden, Jeg kan se, at vi måske kan forbedre ledningsevnen i en størrelsesorden ved at optimere materialevæksten, " siger Jalan. "Vi bringer muligheden for høj effekt, lavenergioxidelektronik tættere på virkeligheden."

Strømtransistorer, der bruger denne kombination af materialer, kan føre til mindre enheder og apparater, fordi deres strømforsyninger ville være mere energieffektive. Bærbare computere, for eksempel, kunne droppe de omfangsrige eksterne strømforsyninger - de store sorte bokse, der er fastgjort til strømkablerne - til fordel for mindre forsyninger, der i stedet er bygget inde i computeren. Store apparater, der forbruger meget elektricitet, såsom klimaanlæg, kunne være mere strømeffektive. Og fordi der er mindre spild af strøm (spildt elektricitet forsvinder normalt til varme), disse enheder vil ikke køre så varme som før, siger Sensale-Rodriguez. Han mener også, at hvis mere elektronik bruger disse materialer til transistorer, tilsammen kunne det spare betydelige mængder elektricitet for landet.

"Det er grundlæggende en anden vej mod kraftelektronik, og resultaterne er meget spændende," siger han. "Men vi mangler stadig at forske mere."