Инверсный кондёр

Сегнетоэлектрики, известные уже более ста лет, используются в самых разных областях науки и техники - несмотря на то, что для учёных суть сегнетоэлектричества малопонятна. Теория фазовых переходов Ландау неплохо объясняет этот феномен, но она также предсказывает существование отрицательной ёмкости, которую трудно представить.

Учёные из «Лаборатории материалов наноэлектроники» (немецкая исследовательская компания, расположенная в Дрездене), Дрезденского технологического университета и Национального института физики материалов (Румыния) впервые экспериментально подтвердили, что отрицательная ёмкость существует. Измеряя электрические параметры оксида гафния-циркония (Hf_0,5Zr_0,5O₂), исследователи обнаружили, что приток положительных зарядов ведёт не к увеличению, а к уменьшению электрического напряжения на слое материала.

Как объяснил руководитель международной группы Вильфред Хоффман, отрицательная ёмкость возникает в промежутке между двумя стабильными поляризационными состояниями сегнетоэлектрика. В присутствии металлов этот эффект не проявлялся (поляризация экранируется свободными электронами), но исследователям удалось подавить влияние металлического электрода с помощью дополнительного диэлектрического слоя. Гистерезис оказался пренебрежимо мал.

Подобно отрицательному сопротивлению, отрицательная ёмкость может использоваться для усиления сигналов и сокращения тепловыделения в электронных приборах. Вещество с отрицательной ёмкостью перспективно для применения в качестве диэлектрика в микросхемах динамической памяти и в качестве подзатворного диэлектрика в интегральных полевых транзисторах (см. рис. со структурой транзистора). Уменьшая ёмкость затвора, можно повысить энергоэффективность электронных приборов, как выразились исследователи в своей научной статье, «сверх фундаментальных пределов». При этом перепад напряжений на затворе, необходимый для изменения проводимости ключа в десять раз, может быть на порядок ниже больцмановского предела.