Para peneliti di University of Bristol telah menemukan metode yang memungkinkan sistem komunikasi lebih cepat dan elektronik hemat energi yang lebih baik.
Terobosan dibuat dengan menetapkan cara mengukur medan listrik dari jarak jauh di dalam a Semikonduktor perangkat untuk pertama kalinya. A semikonduktor adalah bahan seperti Silikon yang dapat digunakan pada perangkat elektronik untuk mengontrol arus listrik.
Sekarang, dalam studi baru ini, yang diterbitkan hari ini di Elektronik Alam, para ilmuwan menguraikan bagaimana secara tepat mengukur medan listrik ini, yang berarti daya generasi berikutnya dan perangkat elektronik frekuensi radio dapat dikembangkan yang memiliki potensi untuk menjadi lebih cepat, dan lebih dapat diandalkan, serta lebih hemat energi.
Desain perangkat semikonduktor dapat berupa trial and error, meskipun lebih umum didasarkan pada simulasi perangkat yang kemudian memberikan dasar untuk pembuatan perangkat semikonduktor untuk aplikasi kehidupan nyata. Ketika ini adalah bahan semikonduktor baru dan muncul, sering tidak diketahui seberapa akurat dan benar simulasi ini sebenarnya.
Prof Martin Kuball dari Fakultas Fisika Universitas Bristol mengatakan: “Semikonduktor dapat dibuat untuk menghantarkan muatan positif atau negatif dan oleh karena itu dapat dirancang untuk memodulasi dan memanipulasi arus. Namun, perangkat semikonduktor ini tidak berhenti di Silicon, ada banyak lainnya termasuk Gallium Nitrida (digunakan dalam LED biru misalnya). Perangkat semikonduktor ini, yang misalnya mengubah arus AC dari saluran listrik menjadi arus DC, yang mengakibatkan hilangnya energi sebagai limbah panas—lihat laptop Anda, misalnya, power brick menjadi hangat atau bahkan panas. Jika kita dapat meningkatkan efisiensi dan mengurangi limbah panas ini, kita akan menghemat energi.
“Satu berlaku a tegangan ke perangkat elektronik, dan sebagai hasilnya, ada arus keluaran yang digunakan dalam aplikasi. Di dalam alat elektronik ini terdapat medan listrik yang menentukan bagaimana alat ini bekerja dan berapa lama akan beroperasi serta seberapa baik pengoperasiannya. Tidak ada yang benar-benar dapat mengukur medan listrik ini, yang sangat mendasar bagi pengoperasian perangkat. Seseorang selalu mengandalkan simulasi yang sulit dipercaya kecuali Anda benar-benar dapat menguji akurasinya.”
Untuk membuat perangkat elektronik berkinerja baik dan tahan lama dari bahan-bahan baru ini, penting bagi para peneliti untuk menemukan desain yang optimal, di mana medan listrik tidak melebihi nilai kritis yang akan mengakibatkan degradasi atau kegagalannya. Para ahli berencana untuk menggunakan bahan baru yang muncul seperti Gallium Nitrida dan Gallium Oksida daripada Silikon, yang memungkinkan operasi pada frekuensi yang lebih tinggi dan tegangan yang lebih tinggi, masing-masing, sehingga sirkuit baru dimungkinkan yang mengurangi kehilangan energi. Karya yang diterbitkan oleh grup Universitas Bristol ini akan menyediakan alat optik untuk memungkinkan pengukuran langsung medan listrik di dalam perangkat baru ini. Ini akan mendukung elektronika daya yang efisien di masa depan dalam aplikasi seperti stasiun turbin surya atau angin yang masuk ke jaringan nasional, mobil listrik, kereta api, dan pesawat. Berkurangnya kehilangan energi berarti masyarakat tidak perlu memproduksi energi sebanyak dulu.
Prof Kuball mengatakan: “Mengingat bahwa perangkat ini dioperasikan pada tegangan yang lebih tinggi, ini juga berarti medan listrik di perangkat lebih tinggi dan ini, pada gilirannya, berarti mereka dapat gagal lebih mudah. Teknik baru yang kami kembangkan memungkinkan kami untuk mengukur medan listrik di dalam perangkat, memungkinkan kalibrasi simulasi perangkat yang akurat yang pada gilirannya merancang perangkat elektronik sehingga medan listrik tidak melebihi batas kritis dan gagal.”
Prof Kuball dan timnya berencana untuk bekerja sama dengan pemangku kepentingan industri utama untuk menerapkan teknik ini guna memajukan perangkat mereka teknologi. Dalam konteks akademis, mereka akan bekerja sama dengan mitra di pusat ULTRA Departemen Energi AS (DOE) senilai $12 juta, tempat mereka bermitra, untuk menggunakan teknik ini guna mewujudkan teknologi perangkat celah pita ultra lebar, sehingga memungkinkan penghematan energi melebihi dari 10% di seluruh dunia.
“Perkembangan ini membantu Inggris dan dunia untuk mengembangkan penghematan energi semikonduktor perangkat, yang merupakan langkah menuju masyarakat netral karbon,” tambahnya.