Capacitor negativo leva energia apenas onde ela é necessária

Redação do Site Inovação Tecnológica 

Esta imagem mostra o movimento da parede de domínio (a-c e b-d) em um capacitor quando uma carga é adicionada a um lado (c). A redistribuição resultante da parede do domínio causa um efeito capacitivo negativo.[Imagem: ANL]

Capacitor negativo

Depois de explorar a capacitância negativa para criar um transístor que gasta menos energia, pesquisadores agora estão explorando o estranho fenômeno para criar novas formas de armazenar e redistribuir energia na escala dos microchips.

Igor Lukyanchuk e seus colegas dos EUA, França e Rússia criaram um capacitor negativo estático e permanente, um componente que, até 10 anos atrás, era tido como uma violação das leis da física.

Enquanto os projetos anteriormente propostos para capacitores negativos funcionavam em uma base temporária e transitória, o novo conceito funciona como um dispositivo reversível de estado estacionário.

Nos capacitores tradicionais, a tensão elétrica do componente é proporcional à sua carga elétrica armazenada - aumentar a quantidade de carga armazenada aumenta a tensão. Nos capacitores negativos, acontece o contrário - aumentar a quantidade de carga diminui a tensão.

Como o capacitor negativo é uma parte de um circuito maior, isso não viola a lei de conservação de energia.

Eletricidade sob demanda

A equipe descobriu que, ao emparelhar um capacitor negativo em série com um capacitor positivo padrão, é possível aumentar localmente a tensão no capacitor positivo até um ponto maior do que a tensão total do sistema.

Dessa forma, torna-se possível distribuir eletricidade para regiões de um circuito que exigem maior tensão, enquanto o grosso do circuito permanece funcionando a baixa voltagem.

Isso permite racionalizar o uso da eletricidade no interior de chips e circuitos eletrônicos, usando apenas o estritamente necessário, sem deixar de atender as demandas variáveis de cada parte do circuito.

Com isto, torna-se possível construir circuitos que gastem menos energia - a bateria dura mais - e esquentem menos.

Bibliografia:

Harnessing ferroelectric domains for negative capacitance
I. Lukyanchuk, Y. Tikhonov, A. Sené, A. Razumnaya, V. M. Vinokur
Nature Communications Physics
Vol.: 2, Article number: 22
DOI: 10.1038/s42005-019-0121-0