Há algum tempo, a publicação Communications Physics publicou um artigo científico "Aproveitando domínios ferroelétricos para capacitância negativa", de autoria de físicos russos da Southern Federal University (Rostov-on-Don) Yuri Tikhonov e Anna Razumnaya, físicos da francesa Júlio Verne Picardy University Igor Lukyanchuk e Anais Sen, bem como cientista de materiais do Laboratório Nacional de Argonne Valery Vinokur. O artigo fala sobre a criação de um capacitor "impossível" com carga negativa, previsto há décadas, mas somente agora colocado em prática.
O desenvolvimento promete revolucionar os circuitos eletrônicos de dispositivos semicondutores. Um par de capacitores “negativos” e um convencional com carga positiva, conectados em série, eleva o nível de tensão de entrada em um determinado ponto acima do valor nominal ao nível necessário para a operação de seções específicas de circuitos eletrônicos. Em outras palavras, o processador pode ser alimentado por uma voltagem relativamente baixa, mas as seções dos circuitos (blocos) que precisam de um valor de voltagem aumentado para operação receberão uma fonte de alimentação controlada com uma voltagem aumentada usando pares de capacitores "negativos" e convencionais. Isso promete melhorar a eficiência energética dos circuitos de computação e muito mais.
Antes desta implementação de capacitores negativos, um efeito semelhante foi alcançado por um curto período de tempo e apenas sob condições especiais. Cientistas russos, junto com colegas dos Estados Unidos e da França, criaram uma estrutura de capacitor negativo simples e estável, adequada para produção em massa e operação normal.
A estrutura de um capacitor negativo desenvolvido por físicos consiste em duas regiões separadas, cada uma das quais contendo nanopartículas de um ferroelétrico com uma carga da mesma polaridade (na literatura soviética eram chamados de ferroelétricos). No estado normal, os ferroelétricos têm uma carga neutra, que ocorre devido a domínios orientados aleatoriamente dentro do material. Os cientistas conseguiram dissolver nanopartículas com a mesma carga em duas regiões físicas distintas do capacitor - cada uma em sua própria região.
Uma chamada parede de domínio, uma área de inversão de polaridade, apareceu imediatamente na fronteira condicional entre duas regiões polares diferentes. Descobriu-se que a parede do domínio pode ser movida se a tensão for aplicada a uma das regiões da estrutura. O deslocamento da parede do domínio em uma direção tornou-se equivalente ao acúmulo de uma carga negativa. Além disso, quanto mais o capacitor é carregado, menor a tensão em suas placas. Este não é o caso dos capacitores convencionais. O aumento da carga leva a um aumento da voltagem nas placas. Como os capacitores negativos e ordinários são conectados em série, os processos não violam a lei de conservação de energia, mas levam ao aparecimento de um fenômeno interessante na forma de aumentar a tensão de alimentação nos pontos necessários do circuito eletrônico. É curioso ver como esses efeitos serão implementados em circuitos eletrônicos.
Autor: Gennady Detinich
