Почему на мобильных телефонах так часто обрывается связь? Подобно радиоприемникам, настраивающимся на разные частоты, антенны мобильных оснащены колебательными контурами, которые быстро переключаются с частоты на частоты (когда к настраиваемому конденсатору прикладывается напряжение). Фирмы-производители стараются улучшить эти контуры, чтобы «втиснуть» побольше дискретных сигналов в ограниченный (выделенный им) диапазон – и так свести к минимуму досадные разрывы соединения.
Пятилетняя работа междисциплинарного коллектива во главе с учеными из Корнельского университета принесла свои плоды – лучший в мире материал для настраиваемого конденсатора: настраиваемый диэлектрик (специальный изолятор, чья способность хранить электрический заряд меняется при приложении напряжения).
«Это фундаментально новый материал, по сравнению с тем, что используется в сотовых телефонах. Мы открыли настраиваемый диэлектрик, дающий минимальные потери энергии», – заявил Даррелл Шлом (Darrell Schlom), профессор технической химии, глава коллектива.
У новизны разработки – два аспекта. Во-первых, это сам материал: слоистый оксид стронция-титана. Он не встречается в природе и был изготовлен методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Материал, слой за слоем атомов, был получен «напылением» на поверхность.
Во-вторых, это метод «дизайнерских материалов»: с его помощью веществу придаются нужные черты. Настраиваемый диэлектрик и его свойства сначала были описаны на бумаге, «обкатаны» на компьютерных моделях, созданы в лаборатории, атом за атомом. Потом ему придали форму конденсатора и, наконец, проверили измерительными приборами. В итоге получился диэлектрический конденсатор, производительность которого в пять раз лучше, чем у имеющихся в современных мобильных телефонах.
Стандартные современные диэлектрики не являются слоистыми, а помимо стронция содержат примесь бария, кислород и специальные добавки. Тонкие пленки из таких материалов полны дефектов, из-за уходит впустую множество энергии и ухудшаются эксплуатационные качества пленок в контурах.
Тонкослойная плёнка из Корнелла лишена этих недостатков. Посмотрите на ее структуру под микроскопом: она похожа на плотно уложенную кирпичную кладку. Элементы «известкового раствора» как бы впитывают многие дефекты, тем самым уберегая от них «кирпичи».