p Pesquisadores e parceiros financiados pela UE estão ultrapassando os limites das leis da física, desenvolver materiais nanocompósitos e circuitos nanoeletrônicos para melhorar significativamente a energia, desempenho térmico e computacional. Isso poderia tornar os smartphones e outros eletrônicos mais eficientes e aumentar o potencial da energia solar. p No mundo de hoje, nanomateriais desempenham um papel crucial no surgimento de dispositivos e sensores inteligentes, casas inteligentes, dispositivos autônomos, robótica, biotecnologia e medicina.

p Mas os circuitos tornaram-se tão miniaturizados e rápidos que não conseguem mais gerenciar o calor gerado durante o processamento das informações.

p "As formas padrão de quebrar este impasse, por exemplo, gerando menos calor ou removendo-o de forma mais eficaz, estão falhando em manter o ritmo, "diz Mimoun El Marssi, da Université de Picardie Jules Verne, na França.

p El Marssi é o coordenador do projeto ENGIMA, financiado pela UE, que aborda exatamente este problema. Ele se concentra em como redistribuir eletricidade de forma eficiente em escalas minúsculas, aproveitando os avanços da nanotecnologia que estão abrindo novas possibilidades e aplicações consideradas impossíveis até poucos anos atrás.

p Tornando o impossível possível

p Um grande desafio enfrentado pelos pesquisadores do ENGIMA é o chamado problema da tirania de Boltzmann na nanoeletrônica.

p Relaciona-se a um dos conceitos mais básicos de eletricidade:capacitância, uma quantidade que mostra quanta carga precisa ser colocada em um condutor para garantir uma dada tensão. A definição padrão do livro texto afirma que a capacitância é sempre positiva. Portanto, quanto maior a voltagem, quanto maior a carga armazenada, e, por sua vez, mais calor será gerado por um dispositivo.

p Em um desenvolvimento revolucionário, Pesquisadores da ENGIMA na França e na Rússia trabalhando em colaboração com Valerii Vinokur do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA desenvolveram um capacitor negativo estático permanente, "um dispositivo considerado impossível até cerca de uma década atrás.

p Projetos previamente propostos para capacitores negativos funcionaram temporariamente, base transitória, mas o capacitor negativo desenvolvido pela ENGIMA é o primeiro a operar como um dispositivo reversível de estado estacionário.

p A abordagem proposta aproveita propriedades de materiais ferroelétricos, que possuem polarização espontânea que pode ser revertida por um campo elétrico externo. Aumentar a carga no capacitor positivo aumenta a tensão. O inverso ocorre com o capacitor negativo - sua tensão cai à medida que a carga aumenta.

p Ao emparelhar os dois capacitores, a tensão do capacitor positivo pode ser aumentada localmente a um ponto mais alto do que a tensão total do sistema. Isso permite que a eletricidade seja distribuída para regiões do circuito que requerem voltagem mais alta, enquanto todo o circuito opera em uma voltagem mais baixa.

p Esta descoberta ajudará a reduzir a energia de comutação e a tensão operacional de dispositivos eletrônicos, cortando assim as perdas de calor, observa Igor Lukyanchuk, Pesquisador líder da ENGIMA.

p "A capacitância negativa é um dos desenvolvimentos recentes mais importantes na redução do consumo de energia dos nanocircuitos e na solução de problemas de superaquecimento que limitam o desempenho dos circuitos de computação convencionais, "diz ele." Com base nesta pesquisa, estamos desenvolvendo uma plataforma prática para a implementação de dispositivos de ultra-baixo consumo de energia para processamento de informações. "

p Em direção a dispositivos inteligentes sem bateria

p Na prática, isso significaria seu smartphone, Os dispositivos da Internet das Coisas e vários outros sistemas eletrônicos se tornarão muito mais eficientes em termos de energia. Em combinação com outro trabalho conduzido como parte do ENGIMA, poderia transformar radicalmente nossa experiência de aproveitamento de energia, consumo e armazenamento.

p Com base nos avanços recentes na tecnologia fotovoltaica e materiais de película fina para conversão de energia solar, As equipes de pesquisa da ENGIMA na França e no México estão desenvolvendo novas nanoestruturas multifuncionais de super-rede perfeitamente ajustadas para ferroelétrico otimizado, respostas estruturais e fotovoltaicas. O trabalho promete uma maneira eficiente de projetar novas nanoestruturas para futuros materiais fotovoltaicos.

p "Esses sistemas fotovoltaicos podem se tornar fontes de energia verde de próxima geração tão seguras, de confiança, substituições ambientalmente corretas para baterias em sistemas inteligentes com alimentação própria, "El Marssi diz.

p Enquanto isso, Pesquisadores da ENGIMA na Eslovênia, liderado por Zdravko Kutnjak no Instituto Jožef Stefan, estão explorando outras maneiras de superar a "tirania Boltzmann". Eles estão explorando o chamado efeito eletrocalórico, que faz com que os materiais apresentem uma mudança de temperatura reversível sob um campo elétrico aplicado. A equipe demonstrou pela primeira vez que os cristais líquidos podem ser explorados como materiais eletrocalóricos com grandes mudanças de temperatura.

p Os desenvolvimentos nesta área têm atraído grande interesse de comunidades industriais e de pesquisa, uma vez que sugere a integração eficiente no chip de refrigeradores em circuitos de computação nanoeletrônicos, de acordo com Kutnjak.

p "Esperamos que a temperatura de resfriamento em protótipos de dispositivos de cristal líquido seja significativamente aumentada em comparação com os sistemas de estado sólido, "acrescenta." Além disso, o material de cristal líquido pode ser usado em qualquer formato, e tais dispositivos não serão afetados por problemas de fadiga causados ​​pela rachadura de materiais. "

p Os resultados emergentes do ENGIMA prometem abrir novas oportunidades e possibilidades significativas para as indústrias de alta tecnologia, particularmente ao abordar o consumo atual de energia e os problemas de colheita, com aplicativos em muitos campos.

p "A partir deste ponto de vista, O ENGIMA pode melhorar a qualidade de vida e a saúde dos cidadãos da UE a longo prazo. Por exemplo, contribuindo para o desenvolvimento de diferentes sistemas inteligentes, "El Marssi diz." Também está previsto que ENGIMA irá contribuir para preencher a lacuna na atividade de pesquisa sobre a aplicação de nanomateriais multifuncionais para computação e tecnologias de consumo de energia entre a Europa e outros países. "