Gør computere og smartphones mere energieffektive med nye små strukturer

Med forbedrede egenskaber såsom større styrke, lettere vægt, øget elektrisk ledningsevne og kemisk reaktivitet, nanomaterialer (NM'er) er meget udbredt inden for områder som IKT, energi og medicin. For eksempel, nanorør, nanorods og nanotråde med forskellig størrelse, struktur og kemisk sammensætning er med succes blevet syntetiseret til forskellige anvendelser inden for mekanisk, elektromekaniske, elektriske og optoelektroniske enheder.

Defineret som materialer med mindst én udvendig dimension mellem 1 nm og 100 nm, eller med indre strukturer, der måler 100 nm eller mindre, NM'er spiller en afgørende rolle i den næste generation af mobiltelefoner, computerchips, batterier, autonome enheder og robotter. Derfor, det er vigtigt at vide, hvilket sæt af strukturelle og elektriske egenskaber for sådanne materialer, der giver den bedste ydeevne til en bestemt anvendelse. Forskere og ingeniører fokuserer i stigende grad på at udvikle NM'er, der er yderst energieffektive. Men, jo mindre NM'er bliver, jo sværere bliver det for dem at håndtere den varme, der genereres under behandlingen af ​​information.

Det EU-finansierede ENGIMA-projekt har behandlet disse spørgsmål. Det blev oprettet for at udforske "struktur-egenskabsrelationerne i de udviklede nanostrukturerede multifunktionelle materialer, " som nævnt på projektets hjemmeside. "Den [ENGIMA] fokuserer på, hvordan man kan omfordele elektricitet effektivt i minimale skalaer, at udnytte nanoteknologiske gennembrud, der åbner op for nye muligheder og applikationer, som man troede var umulige indtil for få år siden, " ifølge en artikel om Europa-Kommissionen internet side.

Som der står i artiklen, forskere involveret i projektet "udviklede en permanent statisk 'negativ kondensator, ' en enhed, som man troede var umulig indtil for omkring et årti siden. Tidligere foreslåede designs til negative kondensatorer arbejdede på en midlertidig, transient basis, men den ENGIMA-udviklede negative kondensator er den første til at fungere som en steady-state reversibel enhed." Kapacitans refererer til et mål for mængden af ​​elektrisk potentiel energi lagret eller adskilt for et givet elektrisk potentiale.

Den samme artikel tilføjer:"Den foreslåede tilgang udnytter egenskaberne af ferroelektriske materialer, som besidder spontan polarisering, der kan vendes af et eksternt elektrisk felt. Forøgelse af ladningen på den positive kondensator øger spændingen. Det omvendte sker med den negative kondensator - dens spænding falder, efterhånden som ladningen stiger." Kombinationen af ​​de to kondensatorer "gør det muligt for elektricitet at blive distribueret til områder af kredsløbet, der kræver højere spænding, mens hele kredsløbet fungerer ved en lavere spænding." en afgørende udvikling, fordi den hjælper med at tackle overophedningsproblemer, der påvirker ydeevnen af ​​konventionelle computerkredsløb. "Bygger på denne forskning, vi udvikler en praktisk platform til implementering af ultra-lav-effekt enheder til informationsbehandling, " siger ENGIMA-lederforsker Igor Lukyanchuk.

At øge ydeevnen af ​​processorer betyder, at smartphones og forskellige andre elektroniske systemer bliver mere energieffektive. Planlagt ophør i slutningen af ​​2021, ENGIMA-projektet (Engineering of Nanostructures with Giant Magneto-Piezoelectric and Multicaloric Functionalities) vil også hjælpe forskere med at designe nye nanostrukturer til fremtidige fotovoltaiske materialer. "Resultaterne fra ENGIMA lover at åbne betydelige nye muligheder og muligheder for højteknologiske industrier, især med hensyn til at håndtere aktuelle energiforbrug og høstproblemer, med applikationer på tværs af mange områder, ", står der i Europa-Kommissionens artikel.