Con un poco de ingenio en física, los científicos han diseñado una forma de redistribuir la electricidad a pequeña escala, potencialmente abriendo nuevas vías de investigación en computación más eficiente en energía.
En un nuevo estudio, investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de los EE. UU. DOE, junto con colaboradores en Francia y Rusia, han creado un "condensador negativo" estático permanente, un dispositivo que se cree que viola las leyes físicashasta hace aproximadamente una década
"El objetivo es poder obtener electricidad donde se necesita mientras se usa la menor cantidad posible en un régimen estático controlado". - Valerii Vinokur, científico de materiales de Argonne
Si bien los diseños propuestos anteriormente para condensadores negativos funcionaron de forma temporal y transitoria, el nuevo concepto de condensador negativo desarrollado por Argonne funciona como un dispositivo reversible de estado estacionario.
Los investigadores encontraron que al emparejar un condensador negativo en serie con un condensador positivo, podrían aumentar localmente el voltaje en el condensador positivo a un punto más alto que el voltaje total del sistema. De esta manera, podrían distribuir electricidad a regiones de uncircuito que requiere mayor voltaje mientras se opera todo el circuito a menor voltaje.
"El objetivo es conseguir electricidad donde se necesita mientras se usa la menor cantidad posible en un régimen controlado y estático", dijo el científico de materiales de Argonne Valerii Vinokur, el autor correspondiente del estudio.
En los condensadores tradicionales, el voltaje eléctrico del condensador es proporcional a su carga eléctrica almacenada; aumentar la cantidad de carga almacenada aumenta el voltaje. En los condensadores negativos, sucede lo contrario: aumentar la cantidad de carga disminuye el voltaje.el condensador negativo es parte del circuito más grande, esto no viola la conservación de energía.
"Una forma de pensarlo es como tener un refrigerador", dijo el científico Igor Lukyanchuk, científico de la Universidad de Picardie Francia, el primer autor del artículo. "Dentro del refrigerador, por supuesto, hace mucho más frío que el exteriorambiente, pero eso se debe a que estamos calentando el resto del ambiente al gastar energía para enfriar el refrigerador ".
Un componente principal del condensador negativo presentado por Vinokur y sus colegas implica un relleno hecho de un material ferroeléctrico, que es similar a un imán, excepto que tiene una polarización eléctrica interna, en lugar de una orientación magnética.
"En una nanopartícula ferroeléctrica, en una superficie tendrá una carga positiva y en la otra superficie tendrá cargas negativas", dijo Vinokur. "Esto crea campos eléctricos que intentan despolarizar el material".
Al dividir una nanopartícula en dos dominios ferroeléctricos iguales de polarización opuesta, separados por un límite llamado pared de dominio, Vinokur y sus colegas pudieron minimizar el efecto del campo eléctrico despolarizante total. Luego, agregando carga a uno de losdominios ferroeléctricos, los investigadores cambiaron la posición de la pared de dominio entre ellos.
Debido a la naturaleza cilíndrica de la nanopartícula, la pared del dominio comenzó a encogerse, haciendo que se desplazara más allá del nuevo punto de equilibrio eléctrico. "Esencialmente, puedes pensar en la pared del dominio como un resorte completamente extendido", dijo Lukyanchuk ".Cuando la pared del dominio se desplaza hacia un lado debido al desequilibrio de carga, el resorte se relaja y la energía elástica liberada lo impulsa más de lo esperado. Este efecto crea la capacitancia negativa estática ".
Un artículo basado en el estudio, "Aprovechamiento de dominios ferroeléctricos para capacitancia negativa", apareció en la edición en línea del 26 de febrero de Física de las comunicaciones. Los autores del estudio también incluyen a Anaïs Sené de la Universidad de Picardie y Yuri Tikhonov y Anna Razumnaya de la Universidad Federal del Sur Rusia.
La investigación en Argonne fue financiada por la Oficina de Ciencia del DOE. La investigación en las instituciones colaboradoras fue financiada por la iniciativa HORIZON 2020 de la Comisión Europea.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Argonne . Original escrito por Jared Sagoff. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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