高伝導性、高電力効率を実現する新素材が電源の未来を変える

ユタ大学とミネソタ大学のエンジニアが、2つの特殊な酸化物系物質を相互作用させる事で、それらの物質を高伝導性にする事を発見しました。この新素材を使うことで、より電力効率の良いラップトップパソコン(ノートパソコン)、タブレット、スマホ、電気自動車、家電製品の開発が可能になるみたいです。

研究成果が実用化される例は極めて少なく、ほとんどの研究は実を結ばないと言っても決して過言ではありません。室温超電導や常温超電導が可能になるまでは、少しでも高伝導性な物質を使って、電力消費、発熱問題、電源問題を解決していくしかありません。なので、この手のニュースにはかなり期待させられてしまいます。

2種の酸化化合物STOとNTO

More power to you

when two oxide compounds — strontium titanate (STO) and neodymium titanate (NTO) — interact with each other, the bonds between the atoms are arranged in a way that produces many free electrons, the particles that can carry electrical current. STO and NTO are by themselves known as insulators — materials like glass — that are not conductive at all.

「2つの酸化化合物、酸化チタン酸ストロンチウム(STO)と酸化チタン酸ネオジムを(NTO)を互いに相互作用させると、原子間の結合は、電流を搬送可能な粒子である、たくさんの自由電子を生み出すようにアレンジされます。STOとNTOは、それら自身は、全く誘電性ではない硝子のような絶縁体として知られています。」

2つの絶縁体酸化物、STO(Strontium Titanate Oxide)とNTO(Neodymium Titanate Oxide)を相互作用させる事で、高伝導、高効率な夢の新素材が誕生するみたいです。

But when they interface, the amount of electrons produced is a hundred times larger than what is possible in semiconductors. “It is also about five times more conductive than silicon [the material most used in electronics],”

「しかし、それらが相互作用すると、産出される電子の量は、半導体で可能な電子生産数の100倍になります。”シリコン(ケイ素、電子機器に最も使われている物質)よりも約5倍の誘電性でもあります。”」

凄い新素材であることは確かで、半導体に取って代わる可能性があるようです。

新素材の将来性

Today, electronics manufacturers use a material called gallium nitride for transistors in power supplies and other electronics that carry large electrical currents. But that material has been explored and optimized for many years and likely cannot be made more efficient. In this discovery made by the Utah and Minnesota team, the interface between STO and NTO can be at the very least as conductive as gallium nitride and likely will be much more in the future.

「今日、電子メーカーは、大きな電流を搬送する電源や他の電子機器に含まれるトランジスタにガリウムナイトライド(窒化ガリウム)と呼ばれる物質を使っています。しかしながら、その物質は、何年もの間、探求されて最適化されていて、これ以上の高効率は恐らく期待できません。ユタとミネソタのチームによってなされた今回の発見における、STOとNTO間の相互作用が、どんなに少なく見積もっても、窒化ガリウムと同程度の誘電性で、たぶん将来的にさらに誘電性を増すでしょう。」

半導体の5倍の誘電性とは何だったのか?と言いたくなる程の弱気な発言ですが、何だか先行きが不透明な感が否めません。窒化ガリウムと同程度なら窒化ガリウムでいいじゃんとなるだろうし、あまり期待できない新発見なのかもしれません。

パワートランジスタ

今回新たに発見された新素材は、電力トランジスタ用みたいで、どうやらCPUやGPUなどには使えないような感じです。

“It’s fundamentally a different road toward power electronics, and the results are very exciting”

「基本的にパワーエレクトロニクスに関して全く違う道で、その成果はとてもエキサイティングです。」

今回の研究は電子機器の電源部分の話なようで、冷蔵庫、エアコン、電気自動車の分野でかなり期待が持てる新発見なようですが、実用化までの道のりは相当長く、まだまださらなる研究が必要なようです。