Исследователи разработали ультра тонкие конденсаторы на основе оксидных нанолистов

Электроника становится все миниатюрнее, но возможности уменьшения ее толщины ограничиваются свойствами современных материалов. Такаеси Сасаки (Takayoshi Sasaki) со своими коллегами из Международного центра наноархитектоники материалов, Национального института материаловедения и Университета Синсю (Япония) разработал способ радикального сокращения размеров конденсаторов – основных компонентов для накопления энергии, который может ускорить разработку более компактных, высокоэффективных устройств следующего поколения.

В уменьшении габаритов конденсаторов в последнее время достигнут значительный прогресс, однако существующие технологии практически достигли своего предела с точки зрения используемых материалов и технологических процессов, что, в свою очередь, ограничивает возможности существенного улучшения характеристик. В поисках решения ученые отправились на наноуровень, однако сделать «наноконденсаторы» совсем не просто.

Команда Сасаки разработала нечто похожее на конструктор LEGO, из кубиков которого можно собирать высококачественные ультратонкие конденсаторы. В качестве основных компонентов устройства ученые использовали проводящие нанолисты из Ru_0.95O₂^0.2- и диэлектрические нанолисты из Ca₂Nb₃O_10-. С помощью метода восходящего раствора, они создали сэндвич, состоящий из слоев оксидных нанолистов двух различных типов и образующий ультратонкий конденсатор. Новые конденсаторы имеют стабильную плотность емкости (~27.5 мкФ/см²), превосходя по этому параметру существующие коммерческие изделия в 2000 раз.

Схематическая иллюстрация (слева) и полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа изображение поперечного сечения (справа) всех нанослоев ультратонкого конденсатора.

Ученые видят множество направлений, по которым могут пойти дальнейшие исследования, говоря в заключение: «Практически бесконечное многообразие оксидных нанолистов, которые могут использоваться в качестве элементов различных архитектур, позволяет предположить, что двумерные гетеросвязи дадут беспрецедентную универсальность в создании новых 2D состояний и устройств на основе молекулярных пленок, даже за пределами графеновых технологий».