Skip to main content

Article Category

Wiadomości

Article available in the folowing languages:

Zwiększanie efektywności energetycznej komputerów i smartfonów dzięki nowatorskim mikrostrukturom

W ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu naukowcy opracowują materiały nanokompozytowe i układy nanoelektroniczne, które pozwolą na poprawę osiągów urządzeń pod kątem zużycia energii, temperatury pracy oraz wydajności obliczeniowej.

Gospodarka cyfrowa

Dzięki swoim doskonałym właściwościom, takim jak zwiększona wytrzymałość i przewodność elektryczna, reaktywność chemiczna oraz niższa masa, nanomateriały znalazły liczne zastosowania w wielu obszarach, takich jak TIK, energetyka czy medycyna. Naukowcom udało się do tej pory zsyntetyzować nanorurki, nanopręty i nanoprzewody charakteryzujące się różnymi rozmiarami, budowami i składami chemicznymi, które zostały z powodzeniem wykorzystane w wielu urządzeniach mechanicznych, elektromechanicznych, elektrycznych i optoelektronicznych. Nanomateriały, czyli materiały o co najmniej jednym wymiarze zewnętrznym mieszczącym się w zakresie od 1 nm do 100 nm lub charakteryzujące się strukturami wewnętrznymi o wymiarach równych lub mniejszych niż 100 nm, odgrywają kluczową rolę w telefonach komórkowych nowej generacji, układach scalonych wykorzystywanych w komputerach, autonomicznych urządzeniach oraz robotach. Stąd też wiedza na temat tego, które zestawy właściwości strukturalnych i elektrycznych tych materiałów oferują najlepsze osiągi na potrzeby określonych zastosowań jest kluczowa. Naukowcy i inżynierowie w coraz większym stopniu koncentrują się na opracowywaniu nanomateriałów charakteryzujących się najwyższą możliwą efektywnością energetyczną, jednak wraz ze stale zmniejszającymi się rozmiarami, coraz większym wyzwaniem okazuje się odprowadzanie ciepła generowanego w procesie przetwarzania informacji. Współfinansowany ze środków Unii Europejskiej projekt ENIGMA zajmuje się poszukiwaniem rozwiązań tego problemu. Głównym powodem powstania projektu było zbadanie „zależności pomiędzy strukturą i właściwościami opracowanych nanostrukturalnych materiałów o wielu zastosowaniach”, jak podano na stronie projektu. „Projekt [ENIGMA] skupia się na badaniu sposobów efektywnej redystrybucji energii w nanoskali dzięki wykorzystaniu przełomowych osiągnięć nanotechnologii, które otwierają przed nami nowe możliwości i pozwalają nam na realizowanie rozwiązań, które jeszcze kilka lat temu wydawały się nieosiągalne”, czytamy w artykule na stronie internetowej Komisji Europejskiej. Jak wynika z artykułu, naukowcy skupieni wokół projektu odnieśli sukces w „opracowaniu stałego, statycznego »kondensatora negatywnego« – urządzenia, które jeszcze około dekady temu wydawało się niemożliwe do realizacji. Proponowane dotychczas konstrukcje kondensatorów negatywnych działały w oparciu o stany krótkotrwałe i przejściowe, natomiast kondensator opracowany w ramach projektu ENIGMA jest pierwszym tego rodzaju elementem działającym w oparciu o odwracalne stany ustalone”. Pojęcie pojemności elektrycznej określa miarę ilości energii potencjału elektrycznego zmagazynowanej lub oddzielonej dla danego potencjału elektrycznego. W tym samym artykule dodano: Zaproponowane podejście wykorzystuje właściwości materiałów ferroelektrycznych, które charakteryzują się spontaniczną polaryzacją odwracalną dzięki przyłożeniu zewnętrznego pola elektrycznego. Zwiększanie ładunku w przypadku kondensatora pozytywnego powoduje wzrost napięcia, natomiast w przypadku kondensatora negatywnego mamy do czynienia z odwrotnym zjawiskiem – wraz ze wzrostem ładunku napięcie spada”. Połączenie obu kondensatorów „umożliwia dostarczanie energii elektrycznej do obszarów obwodu wymagających wyższego napięcia, jednocześnie pozwalając na zasilanie całego układu niższym napięciem”. To niezwykle ważne osiągnięcie ze względu na fakt, że może stanowić rozwiązanie problemów związanych z przegrzewaniem, trapiących konwencjonalne układy obliczeniowe. „Pracujemy obecnie nad stworzeniem praktycznej platformy opartej na wynikach przeprowadzonych badań i zamierzamy opracować układy do przetwarzania informacji o bardzo niewielkim zapotrzebowaniu na energię”, twierdzi główny badacz projektu ENIGMA Igor Lukyanchuk. Zwiększanie wydajności procesorów oznacza, że smartfony i różne inne urządzenia elektroniczne staną się bardziej efektywne energetycznie. Projekt ENIGMA (Engineering of Nanostructures with Giant Magneto-Piezoelectric and Multicaloric Functionalities), którego zakończenie przewidziano na koniec 2021 roku, pomoże również naukowcom w projektowaniu nowych nanostruktur na potrzeby materiałów fotowoltaicznych przyszłości. „Rezultaty projektu ENIGMA otworzą nowe możliwości przed branżą zaawansowanych technologii, przede wszystkim związane z obniżaniem wysokiego zużycia energii oraz sposobami jej pozyskiwania – z pewnością znajdą zastosowanie w wielu dziedzinach”, czytamy w artykule opublikowanym przez Komisję Europejską. Więcej informacji: strona projektu ENGIMA

Kraje

Francja