Российская научная группа из Объединенного института ядерных исследований (Дубна) и Уральского федерального университета (Екатеринбург) с коллегами из Казахстана и Азербайджана разработала новый функциональный материал на основе диоксида циркония, который позволяет создавать микроскопические конденсаторы с огромной емкостью. Разработка, результаты которой опубликованы в Advanced Journal of Chemistry, решает проблему «туннельных токов утечки», характерную для классических накопителей энергии.

Вместо традиционного углерода, хорошо проводящего ток, ученые использовали диэлектрик – диоксид циркония. За счет квантового эффекта локализации электронов на поверхности наночастиц этот материал начинает проводить ток, формируя «виртуальные обкладки» конденсатора. Это позволяет устройствам работать при сверхнизком напряжении и избегать пробоя.

По словам физиков, новые наноионные конденсаторы обладают высокой удельной емкостью, биосовместимостью и относительно низкой стоимостью. Они востребованы в микро- и наноэлектронике с минимальным энергопотреблением, включая субвольтовые процессоры, смартфоны, медицинскую и аэрокосмическую технику.

– Наша команда обладает достаточными техническими возможностями и компетенциями для создания таких материалов. В настоящий момент с коллегами из Узбекистана и Казахстана мы разрабатываем элементы неполупроводниковой электроники для работы в условиях сильных нейтронных полей и высоких температур, – отметил руководитель сектора ядерно-физического материаловедения и ионно-имплантационных нанотехнологий ОИЯИ Александр Дорошкевич. 

Помимо накопителей энергии, новый нанопорошок может использоваться в датчиках, улавливающих отдельные молекулы, а также в бионаноинженерии и радиационных технологиях. Сейчас существуют только лабораторные образцы, и авторы разработки ищут партнеров для дальнейшего финансирования.