Международный коллектив ученых из России, Казахстана и Азербайджана создал на основе диоксида циркония материал для микро- и наноэлектроники с минимальным энергопотреблением. Полученные лабораторные образцы конденсаторов обладают высокой емкостью, биосовместимостью и работают на новых физических принципах, свободных от эффекта туннельного пробоя.
Международная группа ученых, представляющая Объединенный институт ядерных исследований (Дубна), Уральский федеральный университет (Екатеринбург), а также научные организации Казахстана и Азербайджана, создала опытные образцы миниатюрных конденсаторов на основе диоксида циркония. Эти устройства обладают высокой удельной емкостью при малых размерах и весе, работают при сверхнизком напряжении и могут найти применение в энергоэффективной электронике и микросистемах. Дополнительными преимуществами разработки называются биосовместимость, технологичность и относительно невысокая стоимость.
Как поясняют ученые, одна из ключевых проблем при создании сверхмалых конденсаторов — это «туннельные токи утечки», приводящие к пробою при слишком малом расстоянии между обкладками. Для решения этой проблемы российские физики предложили новую концепцию, основанную не на преодолении туннельного пробоя, а на использовании другого квантового эффекта — локализации электронов у заряженной поверхности ионного диэлектрика.
В новой конструкции привычный проводящий углеродный электрод заменили на диэлектрик, который в определенных условиях начинает проводить ток за счет взаимодействия с ионами электролита и внешнего поля. В результате был получен нанопорошок с большой площадью поверхности частиц, что делает его чувствительным даже к отдельным молекулам.
Ученые отмечают, что разработанные материалы могут быть востребованы в микро- и наноэлектронике с низким энергопотреблением, включая субвольтовые процессоры, смартфоны, датчики газов, медицинскую и аэрокосмическую технику. Кроме того, на их основе уже ведется разработка элементов неполупроводниковой электроники, способной работать в условиях сильных нейтронных полей и высоких температур.
В настоящий момент созданы только лабораторные образцы. В перспективе ученые планируют развивать это направление в области бионаноинженерии и критических технологий.