Исследователи из Стоуни-Брук пересматривают теорию наноразмерных конденсаторов

Электроника и датчики INSIDER

(Изображение:Стоунибрук)

Исследователи из Университета штата Нью-Йорк в Стоуни-Брук (Stony Brook University) провели новое исследование, опубликованное в Physical Review Letters это опровергает давние предположения о том, как работают конденсаторы, спроектированные на наноуровне, и предлагает более четкую научную основу для будущих наноразмерных электронных устройств.

Конденсаторы — основные компоненты современной электроники — хранят электрический заряд между металлическими электродами, разделенными диэлектрическим материалом. Хотя их эффективность хорошо изучена на макроскопическом уровне, традиционные модели не работают на наноуровне, где свойства материала, предполагаемые в стандартных уравнениях, больше не определены четко. Эти несоответствия создают серьезные проблемы для интерпретации диэлектрического отклика ультратонких материалов и разработки надежных наноконденсаторов.

Чтобы решить эту проблему, команда Университета Стоуни-Брук разработала квантово-механическую основу, которая однозначно разделяет вклады электродов и диэлектрика. Новый протокол устанавливает фундаментальные ограничения на размер конденсатора и обеспечивает надежный подход к оценке внутреннего поведения наноразмерных изоляционных материалов.

Демонстрируя метод на сверхтонком льду, исследователи обнаружили, что его электронная реакция на электрические поля по сути неотличима от реакции объемного льда, несмотря на крайнее ограничение. Результат устраняет расхождения между теоретическими предсказаниями и экспериментальными измерениями ледяных пленок толщиной всего в несколько молекул.

«Эта работа предлагает путь к точному определению характеристик ультратонких диэлектрических материалов с использованием расчетов из первых принципов», — сказал доктор философии. кандидат Энтони Маннино, ведущий автор. «Благодаря более четкому пониманию поведения наноразмерных диэлектриков мы сможем улучшить конструкцию устройств и лучше интерпретировать экспериментальные данные».

«Эта работа является кульминацией долгосрочных исследовательских усилий моей группы по пониманию фундаментальных электронных свойств воды с помощью квантово-механических методов», — сказала Мариви Фернандес-Серра, доктор философии, профессор физики и астрономии и основной факультет Института передовых вычислительных наук (IACS). "Вода и лед продолжают удивлять нас экспериментальными результатами, которые бросают вызов традиционной теории. Разработав новые инструменты моделирования, основанные на первых принципах, мы теперь можем прояснить эти несоответствия и предоставить единую основу, которая соединяет теорию и эксперимент на наноуровне".

Исследование возглавил Маннино вместе с коллегой, доктором философии. кандидат Кедарш Кошик под руководством профессора Мариви Фернандес-Серра в IACS Университета Стоуни-Брук, где Маннино является получателем стипендии для выпускников IACS.

Источник