Avec un peu d'ingéniosité physique, les scientifiques ont conçu un moyen de redistribuer l'électricité à petite échelle, ouvrant potentiellement de nouvelles voies de recherche vers une informatique plus économe en énergie.

Dans une nouvelle étude, chercheurs du Laboratoire national d'Argonne du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), avec des collaborateurs en France et en Russie, avoir créé un "condensateur négatif" statique permanent, " un appareil que l'on croyait avoir enfreint les lois physiques jusqu'à il y a une dizaine d'années.

Alors que les conceptions précédemment proposées pour les condensateurs négatifs fonctionnaient temporairement, base transitoire, le nouveau concept de condensateur négatif développé par Argonne fonctionne en régime permanent, appareil réversible.

Les chercheurs ont découvert qu'en associant un condensateur négatif en série à un condensateur positif, ils pourraient augmenter localement la tension sur le condensateur positif à un point supérieur à la tension totale du système. De cette façon, ils pourraient distribuer de l'électricité aux régions d'un circuit nécessitant une tension plus élevée tout en faisant fonctionner l'ensemble du circuit à une tension plus basse.

"L'objectif est d'acheminer l'électricité là où elle est nécessaire en en utilisant le moins possible dans un environnement contrôlé, régime statique, " a déclaré Valerii Vinokur, scientifique des matériaux d'Argonne, l'auteur correspondant de l'étude.

Dans les condensateurs traditionnels, la tension électrique du condensateur est proportionnelle à leur charge électrique stockée - l'augmentation de la quantité de charge stockée augmente la tension. Dans les condensateurs négatifs, c'est le contraire qui se produit :l'augmentation de la quantité de charge diminue la tension. Parce que le condensateur négatif fait partie du plus grand circuit, cela ne viole pas la conservation de l'énergie.

"Une façon d'y penser est comme avoir un réfrigérateur, " a déclaré Igor Lukyanchuk, scientifique de l'Université de Picardie (France), le premier auteur de l'article. " A l'intérieur du réfrigérateur, bien sûr, il fait beaucoup plus froid que l'environnement extérieur, mais c'est parce que nous réchauffons le reste de l'environnement en dépensant de l'énergie pour refroidir le réfrigérateur."

Un composant principal du condensateur négatif proposé par Vinokur et ses collègues implique un remplissage fait d'un matériau ferroélectrique, qui est similaire à un aimant sauf qu'il a une polarisation électrique interne, plutôt qu'une orientation magnétique.

"Dans une nanoparticule ferroélectrique, sur une surface vous aurez une charge positive, et à l'autre surface vous aurez des charges négatives, " Vinokur a déclaré. "Cela crée des champs électriques qui essaient de dépolariser le matériau."

En divisant une nanoparticule en deux domaines ferroélectriques égaux de polarisation opposée, séparés par une frontière appelée mur de domaine, Vinokur et ses collègues ont pu minimiser l'effet du champ électrique dépolarisant total. Puis, en ajoutant une charge à l'un des domaines ferroélectriques, les chercheurs ont déplacé la position de la paroi du domaine entre eux.

En raison de la nature cylindrique de la nanoparticule, le mur du domaine a commencé à rétrécir, l'amenant à se déplacer au-delà du nouveau point d'équilibre électrique. "Essentiellement, vous pouvez considérer le mur du domaine comme un ressort complètement étendu, " a déclaré Lukyanchuk. "Lorsque la paroi du domaine se déplace d'un côté à cause du déséquilibre de charge, le printemps se détend, et l'énergie élastique libérée le propulse plus loin que prévu. Cet effet crée la capacité négative statique."

Un article basé sur l'étude, "Exploiter les domaines ferroélectriques pour la capacité négative, " est paru dans l'édition en ligne du 26 février de Communications Physics. Les auteurs de l'étude incluent également Anaïs Sené de l'Université de Picardie, et Yuri Tikhonov et Anna Razumnaya de l'Université fédérale du Sud (Russie).