新型纳米结构可以使智能手机更高效

欧盟资助的研究人员和合作伙伴正在推动物理定律的发展，开发纳米复合材料和纳米电子电路，以极大地改善能源，热学和计算性能。这可以使智能手机和其他电子产品更高效，并提高太阳能的潜力。

在当今世界，纳米材料在智能设备和传感器，智能家居，自主设备，机器人技术，生物技术和医学的兴起中起着至关重要的作用。

但是电路已经变得如此小型和快速，以至于它们不再能够处理信息处理过程中产生的热量。

法国皮卡第·朱尔·凡尔纳大学的Mimoun El Marssi说：“打破这种僵局的标准方法，例如通过减少发热量或更有效地消除热量，都无法跟上步伐。”

埃尔·马西(El Marssi)是欧盟资助的ENGIMA项目的协调员，该项目致力于解决这一问题。它着重于如何以小规模有效地重新分配电力，利用纳米技术的突破，这些突破开辟了新的可能性，并且应用直到几年前才被认为不可能。

使不可能变为可能

ENGIMA研究人员面临的主要挑战是纳米电子学中所谓的玻尔兹曼暴政问题。

它涉及电的最基本概念之一：电容，该电容表示要确保给定电压需要在导体上放置多少电荷的量。标准教科书定义指出，电容始终为正。因此，电压越大，存储的电荷越大，进而，设备将产生更多的热量。

在一项突破性的发展中，法国和俄罗斯的ENGIMA研究人员与美国能源部阿贡国家实验室的Valerii Vinokur合作开发了永久性的静态“负电容器”，这种设备直到大约十年前才被认为是不可能的。

先前提出的负电容器设计是在暂时的基础上工作的，但是ENGIMA开发的负电容器是第一个用作稳态可逆器件的电容器。

所提出的方法利用了铁电材料的特性，该铁电材料具有可以被外部电场逆转的自发极化。增加正极电容器上的电荷会增加电压。负电容会发生相反的情况-随着电荷的增加，其电压会下降。

通过将两个电容器配对，可以将正电容器的电压局部增加到高于系统总电压的点。这使得电可以分配到电路中需要更高电压的区域，而整个电路都可以在更低电压下工作。

ENGIMA首席研究员Igor Lukyanchuk指出，这一突破将有助于降低电子设备的开关能量和工作电压，从而减少热量损失。

他说：“负电容是减少纳米电路能耗和解决限制传统计算电路性能的过热问题的最新进展之一。” “在这项研究的基础上，我们正在开发一个实用的平台，以实现用于信息处理的超低功耗设备。”

走向无电池智能设备

实际上，这意味着您的智能手机，物联网设备和许多其他电子系统将变得更加节能。结合ENGIMA正在进行的其他工作，它可以从根本上改变我们在能源利用，消耗和存储方面的经验。

基于光伏技术和用于太阳能转换的薄膜材料的最新进展，法国和墨西哥的ENGIMA研究团队正在开发经过微调的新型多功能超晶格纳米结构，以优化铁电，结构和光伏响应。这项工作有望为未来的光伏材料设计一种新的纳米结构的有效方法。

El Marssi说：“这些光伏系统可以成为下一代绿色能源，可以安全，可靠，环保地替代自供电智能系统中的电池。”

同时，由JožefStefan研究所的Zdravko Kutnjak领导的斯洛文尼亚ENGIMA研究人员正在探索其他方法来克服“玻尔兹曼暴政”。他们正在利用所谓的电热效应，该效应导致材料在施加的电场下显示出可逆的温度变化。该团队首次证明了液晶可以用作温度变化较大的电热材料。

据Kutnjak称，该领域的发展吸引了研究和工业界的极大兴趣，因为它表明了将冷却器有效地集成到纳米电子计算电路中。

他补充说：“我们希望与固态系统相比，液晶设备原型的冷却温度将大大提高。” “此外，液晶材料可以以任何形状使用，并且这种设备不会受到由材料破裂引起的疲劳问题的影响。”

ENGIMA的成果有望为高科技行业带来重大的新机遇和可能性，尤其是在解决当前能源消耗和收成问题方面，并在许多领域都有应用。

“从这个角度来看，ENGIMA可能会改善欧盟公民的长期生活质量和健康状况。例如，通过促进不同智能系统的开发，” El Marssi说。“还设想，ENGIMA将为填补欧洲与其他国家之间在将多功能纳米材料应用于计算和能源消耗技术方面的研究活动中的空白提供帮助。”