Penyelidik di University of Bristol telah menemui kaedah yang memungkinkan sistem komunikasi lebih cepat dan elektronik penjimatan tenaga yang lebih baik.
Terobosan dibuat dengan menentukan cara mengukur medan elektrik dari dalam Semikonduktor peranti buat kali pertama. A semikonduktor adalah bahan, seperti Silikon, yang boleh digunakan dalam peranti elektronik untuk mengawal arus elektrik.
Sekarang, dalam kajian baru ini, yang diterbitkan hari ini di Elektronik Alam, para saintis menggariskan bagaimana mengukur medan elektrik ini dengan tepat, yang bermaksud peranti elektronik kuasa dan frekuensi radio generasi seterusnya dapat dikembangkan yang berpotensi menjadi lebih cepat, dan lebih dipercayai, serta lebih hemat tenaga.
Reka bentuk peranti semikonduktor boleh menjadi percubaan dan kesilapan, walaupun lebih umum ia berdasarkan simulasi peranti yang kemudian menjadi asas untuk pembuatan peranti semikonduktor untuk aplikasi kehidupan nyata. Apabila ini adalah bahan semikonduktor baru dan baru muncul, selalunya tidak diketahui seberapa tepat dan betul simulasi ini.
Prof Martin Kuball dari University of Bristol's School of Physics berkata: "Semikonduktor boleh dibuat untuk melakukan caj positif atau negatif dan oleh itu dapat dirancang untuk memodulasi dan memanipulasi arus. Walau bagaimanapun, peranti semikonduktor ini tidak berhenti dengan Silicon, terdapat banyak yang lain termasuk Gallium Nitride (digunakan dalam LED biru misalnya). Peranti semikonduktor ini, yang misalnya mengubah arus AC dari saluran kuasa menjadi arus DC, mengakibatkan kehilangan tenaga sebagai haba pembaziran - lihat komputer riba anda, misalnya, bata kuasa semakin panas atau panas. Sekiranya kita dapat meningkatkan kecekapan dan mengurangkan sisa buangan ini, kita akan menjimatkan tenaga.
"Satu berlaku voltan ke peranti elektronik, dan sebagai hasilnya, terdapat arus keluaran yang digunakan dalam aplikasi. Di dalam alat elektronik ini terdapat medan elektrik yang menentukan bagaimana peranti ini berfungsi dan berapa lama ia akan beroperasi dan seberapa baik operasinya. Tidak ada yang dapat mengukur medan elektrik ini, yang sangat penting bagi operasi peranti. Seseorang selalu bergantung pada simulasi yang sukar dipercayai kecuali anda benar-benar dapat menguji ketepatannya. "
Untuk menghasilkan prestasi yang baik dan peranti elektronik tahan lama daripada bahan baru ini, adalah penting bagi penyelidik untuk mencari reka bentuk yang optimum, di mana medan elektrik tidak melebihi nilai kritikal yang akan mengakibatkan kemerosotan atau kegagalannya. Pakar merancang untuk menggunakan bahan yang baru muncul seperti Gallium Nitride dan Gallium Oksida dan bukannya Silikon, yang memungkinkan operasi pada frekuensi yang lebih tinggi dan pada voltan yang lebih tinggi, masing-masing, sehingga kemungkinan litar baru dapat mengurangkan kehilangan tenaga. Karya ini yang diterbitkan oleh kumpulan University of Bristol akan menyediakan alat optik untuk membolehkan pengukuran langsung medan elektrik dalam peranti baru ini. Ini akan menyokong elektronik tenaga yang cekap di masa depan dalam aplikasi seperti stesen solar atau turbin angin yang memasuki grid nasional, kereta elektrik, kereta api dan pesawat. Kehilangan tenaga yang berkurang bermaksud masyarakat tidak perlu menghasilkan tenaga sebanyak mungkin.
Prof Kuball berkata: "Memandangkan bahawa peranti ini dikendalikan pada voltan yang lebih tinggi, ini juga bermaksud medan elektrik di dalam peranti lebih tinggi dan ini, pada gilirannya, ini bermaksud kegagalannya lebih mudah. Teknik baru yang kami kembangkan memungkinkan kami untuk mengukur medan elektrik di dalam peranti, memungkinkan penentukuran simulasi peranti yang tepat yang seterusnya merancang peranti elektronik supaya medan elektrik tidak melebihi had kritikal dan gagal. "
Prof Kuball dan pasukannya merancang untuk bekerjasama dengan pihak berkepentingan industri utama untuk menggunakan teknik tersebut untuk memajukan peranti mereka teknologi. Dalam konteks akademik, mereka akan melibatkan diri dengan rakan kongsi dalam pusat ULTRA Jabatan Tenaga (JAS) AS $12M, mereka bekerjasama, untuk menggunakan teknik ini untuk menjadikan teknologi peranti jurang jalur ultra lebar menjadi realiti, membolehkan penjimatan tenaga melebihi 10% di seluruh dunia.
“Perkembangan ini membantu Inggeris dan dunia untuk mengembangkan penjimatan tenaga semikonduktor peranti, yang merupakan langkah menuju masyarakat yang berkecuali karbon, ”tambahnya.