Con un poco de ingenio físico, Los científicos han diseñado una forma de redistribuir la electricidad a pequeña escala, potencialmente abriendo nuevas vías de investigación hacia una informática más eficiente desde el punto de vista energético.

En un nuevo estudio, investigadores del Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. (DOE), junto con colaboradores en Francia y Rusia, han creado un condensador negativo estático permanente, "un dispositivo que se pensaba que había violado las leyes físicas hasta hace aproximadamente una década.

Si bien los diseños propuestos anteriormente para condensadores negativos funcionaban de forma temporal, base transitoria, el nuevo concepto de condensador negativo desarrollado por Argonne funciona como un estado estable, dispositivo reversible.

Los investigadores encontraron que al emparejar un capacitor negativo en serie con un capacitor positivo, podrían aumentar localmente el voltaje en el capacitor positivo a un punto más alto que el voltaje total del sistema. De este modo, podrían distribuir electricidad a las regiones de un circuito que requieren un voltaje más alto mientras operan todo el circuito a un voltaje más bajo.

"El objetivo es conseguir electricidad donde se necesita utilizando la menor cantidad posible de forma controlada, régimen estático, "dijo el científico de materiales de Argonne, Valerii Vinokur, el autor correspondiente del estudio.

En condensadores tradicionales, el voltaje eléctrico del capacitor es proporcional a su carga eléctrica almacenada; al aumentar la cantidad de carga almacenada, aumenta el voltaje. En condensadores negativos, sucede lo contrario:aumentar la cantidad de carga disminuye el voltaje. Debido a que el capacitor negativo es parte del circuito más grande, esto no viola la conservación de la energía.

"Una forma de pensar en ello es como tener un frigorífico, ", dijo el científico de la Universidad de Picardie (Francia), Igor Lukyanchuk, el primer autor del artículo. "Dentro del refrigerador, por supuesto, hace mucho más frío que el ambiente exterior, pero eso se debe a que estamos calentando el resto del ambiente gastando energía para enfriar el refrigerador ".

Un componente principal del condensador negativo propuesto 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 tendrás una carga positiva, y en la otra superficie tendrás cargas negativas, "Esto crea campos eléctricos que intentan despolarizar el material", dijo Vinokur.

Al dividir una nanopartícula en dos dominios ferroeléctricos iguales de polarización opuesta, separados por un límite llamado muro de dominio, Vinokur y sus colegas pudieron minimizar el efecto del campo eléctrico despolarizante total. Luego, agregando carga a uno de los dominios ferroeléctricos, los investigadores cambiaron la posición del muro de dominio entre ellos.

Debido a la naturaleza cilíndrica de la nanopartícula, el muro del dominio comenzó a encogerse, provocando que se desplace más allá del nuevo punto de equilibrio eléctrico. "Esencialmente, puede pensar en el muro de dominio como un resorte completamente extendido, "dijo Lukyanchuk." Cuando la pared del dominio se desplaza hacia un lado debido al desequilibrio de carga, la primavera se relaja, y la energía elástica liberada la 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 Communications Physics. 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).