Ingenieurs van de Universiteit van Utah en de Universiteit van Minnesota hebben ontdekt dat de koppeling van twee specifieke materialen op oxidebasis ze zeer geleidend maakt, een zegen voor toekomstige elektronica die zou kunnen resulteren in veel energiezuinigere laptops, elektrische auto's en huishoudelijke apparaten die ook geen omslachtige voedingen nodig hebben.

Hun bevindingen werden deze maand gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift, APL-materialen .

Het team onder leiding van Berardi Sensale-Rodriguez, assistent-professor elektriciteit en computertechniek van de Universiteit van Utah en Bharat Jalan, assistent-professor chemische technologie en materiaalwetenschappen van de Universiteit van Minnesota, onthulde dat wanneer twee oxideverbindingen - strontiumtitanaat (STO) en neodymiumtitanaat (NTO) - op elkaar inwerken met elkaar, de bindingen tussen de atomen zijn zo gerangschikt dat er veel vrije elektronen ontstaan, de deeltjes die elektrische stroom kunnen geleiden. STO en NTO staan ​​op zichzelf bekend als isolatoren - materialen zoals glas - die helemaal niet geleidend zijn.

Maar als ze een interface hebben, de hoeveelheid geproduceerde elektronen is honderd keer groter dan wat mogelijk is in halfgeleiders. "Het is ook ongeveer vijf keer meer geleidend dan silicium [het materiaal dat het meest wordt gebruikt in elektronica], ', zegt Sensale-Rodriguez.

Deze innovatie zou vermogenstransistors - apparaten in de elektronica die de elektrische stroom regelen - aanzienlijk kunnen verbeteren door voedingen veel efficiënter te maken voor items variërend van televisies en koelkasten tot draagbare apparaten, Sensale-Rodriguez zegt. Vandaag, elektronicafabrikanten gebruiken een materiaal genaamd galliumnitride voor transistors in voedingen en andere elektronica die grote elektrische stromen voeren. Maar dat materiaal is al vele jaren onderzocht en geoptimaliseerd en kan waarschijnlijk niet efficiënter worden gemaakt. In deze ontdekking gedaan door het team van Utah en Minnesota, de interface tussen STO en NTO kan op zijn minst net zo geleidend zijn als galliumnitride en zal in de toekomst waarschijnlijk veel meer zijn.

"Als ik naar de toekomst kijk, Ik zie dat we de geleidbaarheid misschien met een orde van grootte kunnen verbeteren door de materiaalgroei te optimaliseren, "zegt Jalan. "We brengen de mogelijkheid van hoog vermogen, lage-energieoxide-elektronica dichter bij de realiteit."

Vermogenstransistoren die deze combinatie van materialen gebruiken, kunnen leiden tot kleinere apparaten en apparaten omdat hun voedingen energiezuiniger zouden zijn. Laptopcomputers, bijvoorbeeld, zou de omvangrijke externe voedingen - de grote zwarte dozen die aan de netsnoeren zijn bevestigd - kunnen weggooien ten gunste van kleinere benodigdheden die in plaats daarvan in de computer zijn ingebouwd. Grote apparaten die veel elektriciteit verbruiken, zoals airconditioners, kunnen energiezuiniger zijn. En omdat er minder energie wordt verspild (verspilde elektriciteit wordt meestal omgezet in warmte), deze apparaten worden niet meer zo heet als voorheen, zegt Sensale-Rodriguez. Hij is ook van mening dat als meer elektronica deze materialen gebruikt voor transistors, gezamenlijk zou het aanzienlijke hoeveelheden elektriciteit voor het land kunnen besparen.

"Het is een fundamenteel andere weg naar vermogenselektronica, en de resultaten zijn erg spannend", zegt hij. "Maar we moeten nog meer onderzoek doen."