Их результаты были опубликованы в этом месяце в научном журнале APL Materials Американского института физики.Команда, возглавляемая доцентом кафедры электротехники и вычислительной техники Университета штата Юта Берарди Сенсале-Родригес и доцентом кафедры химической инженерии и материаловедения Университета Миннесоты Бхаратом Джаланом, обнаружила, что когда два оксидных соединения — титанат стронция (STO) и титанат неодима (NTO) — — взаимодействуют друг с другом, связи между атомами устроены таким образом, что образуется много свободных электронов, частиц, которые могут переносить электрический ток. STO и NTO сами по себе известны как изоляторы — такие материалы, как стекло, — которые вообще не проводят ток.Но когда они соприкасаются, количество производимых электронов в сотни раз больше, чем это возможно в полупроводниках. «Он также примерно в пять раз более проводящий, чем кремний [материал, который чаще всего используется в электронике]», — говорит Сенсале-Родригес.
По словам Сенсале-Родригес, это нововведение может значительно улучшить силовые транзисторы — устройства в электронике, регулирующие электрический ток — за счет повышения эффективности источников питания для различных устройств, от телевизоров и холодильников до портативных устройств. Сегодня производители электроники используют материал, называемый нитридом галлия, для транзисторов в источниках питания и другой электронике, которые переносят большие электрические токи. Но этот материал исследовался и оптимизировался в течение многих лет, и, вероятно, его невозможно сделать более эффективным. В этом открытии, сделанном командой из Юты и Миннесоты, интерфейс между STO и NTO может быть по крайней мере таким же проводящим, как нитрид галлия, и, вероятно, в будущем будет намного больше.
«Когда я смотрю в будущее, я вижу, что мы, возможно, сможем улучшить проводимость на порядок за счет оптимизации роста материалов», — говорит Джалан. «Мы приближаем возможность создания электроники на основе оксидов высокой мощности и низкого энергопотребления к реальности».Силовые транзисторы, в которых используется такая комбинация материалов, могут привести к созданию устройств и приборов меньшего размера, поскольку их источники питания будут более энергоэффективными. В портативных компьютерах, например, можно отказаться от громоздких внешних источников питания — больших черных ящиков, прикрепленных к шнурам питания — в пользу меньших источников, которые вместо этого встроены в компьютер.
Крупные приборы, потребляющие много электроэнергии, такие как кондиционеры, могут быть более энергоэффективными. По словам Сенсале-Родригес, поскольку теряется меньше энергии (потраченное впустую электричество обычно превращается в тепло), эти устройства не будут работать так сильно, как раньше. Он также считает, что, если больше электроники будут использовать эти материалы для транзисторов, в совокупности это может сэкономить значительное количество электроэнергии для страны.
«Это принципиально другой путь к силовой электронике, и результаты очень впечатляющие», — говорит он. «Но нам все еще нужно провести дополнительные исследования».Среди соавторов статьи: профессор электротехники и компьютерной инженерии Университета Юты Аджай Нахата; Аспиранты U Сара Арезумандан, Хьюго Кондори Киспе, Ашиш Чанана; и аспирант из Миннесоты Пэн Сюй.
Работа в Университете Миннесоты финансируется Исследовательской программой молодых исследователей ВВС, а работа в Юте в первую очередь поддерживается Центром исследований материалов и инженерии Национального научного фонда Университета Юты.