在不断追求电子设备更小、更节能的过程中，研究人员希望将能量存储直接存储到微芯片上，从而减少在各种设备组件之间传输电力时产生的损耗。为了发挥作用，片上能量存储必须能够在非常小的空间中存储大量能量，并在需要时快速传输——现有技术无法满足这些要求。
为了应对这一挑战，劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校的科学家们使用芯片制造中已经广泛使用的材料和制造技术，在由氧化铪和氧化锆工程薄膜制成的微电容器中实现了创纪录的高能量和功率密度。
该研究结果发表在《自然》杂志上，为下一代电子产品中先进的片上能量存储和电力传输铺平了道路。
伯克利实验室高级科学家、加州大学伯克利分校教授赛义德·萨拉赫丁 (Sayeed Salahuddin) 表示：“我们已经证明，用工程薄膜制成的微型电容器可以储存大量能量，远远超过普通电介质所能储存的能量。”领导了该项目。 “更重要的是，我们正在使用一种可以直接在微处理器上处理的材料来做到这一点。”
这项研究是伯克利实验室为更小、更快、更节能的微电子技术开发新材料和技术的更广泛努力的一部分。
电容器是电路的基本元件之一，但它们也可用于存储能量。与通过电化学反应存储能量的电池不同，电容器在由介电材料分隔的两个金属板之间建立的电场中存储能量。
电容器在需要时可以非常快速地放电，从而能够快速提供电力，并且它们不会因重复的充放电循环而退化，从而使它们的使用寿命比电池长得多。然而，电容器的能量密度通常比电池低得多，这意味着它们每单位体积或重量可以存储的能量更少，当您试图将它们缩小到微电容器尺寸以进行片上能量存储时，这个问题只会变得更糟。
在这里，研究人员通过精心设计 HfO 2-ZrO2薄膜以实现负电容效应，从而实现了破纪录的微电容器。通常，将一种介电材料分层在另一种介电材料之上会导致整体电容降低。然而，如果这些层之一是负电容材料，那么总电容实际上会增加。
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