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勞倫斯伯克利國家實驗室和加州大學伯克利分校的科學家們創造出了"微型電容器"，解決了這一缺陷。這些電容器由氧化鉿和氧化鋯的工程薄膜制成，采用了芯片制造中常用的材料和制造技術。它們的與眾不同之處在于，由于使用了負電容材料，它們能夠存儲比普通電容器多得多的能量。

電容器是電路的基本元件之一。電容器將能量儲存在由絕緣材料（非金屬物質）隔開的兩塊金屬板之間形成的電場中。與通過電化學反應儲存能量的電池相比，電容器可以快速供電，使用壽命更長。

然而，這些優勢的代價是能源密度大大降低。也許這就是為什么我們只見過鼠標等低功率設備采用這種技術，而筆記本電腦卻沒有的原因。此外，如果將它們縮小到微電容大小用于片上能量存儲，問題只會更加嚴重。

研究人員通過設計 HfO2-ZrO2 薄膜來實現負電容效應，從而克服了這一難題。通過對成分進行恰到好處的調整，他們能夠讓這種材料在即使很小的電場作用下也能輕松極化。

為了提高薄膜的儲能能力，研究小組每隔幾層 HfO2-ZrO2 就放置一層原子級氧化鋁薄層，從而使薄膜厚度達到 100 納米，同時保持了所需的性能。

這些薄膜被集成到三維微型電容器結構中，實現了破紀錄的性能：與當今最好的靜電電容器相比，能量密度提高了 9 倍，功率密度提高了 170 倍。這是一個巨大的數字。

伯克利實驗室資深科學家、加州大學伯克利分校教授兼項目負責人賽義夫-薩拉赫丁（Sayeef Salahuddin）說："我們獲得的能量和功率密度遠遠高于我們的預期。我們多年來一直在開發負電容材料，但這些結果非常令人驚訝。"

該技術有助于滿足物聯網、邊緣計算系統和人工智能處理器等微型設備對小型化能源存儲日益增長的需求。

"有了這項技術，我們終于可以開始實現在極小尺寸的芯片上無縫集成能量存儲和電力傳輸，"論文主要作者之一蘇拉杰-切馬（Suraj Cheema）說。"它可以開辟微電子能源技術的新領域。"

這是一項重大突破，但研究人員并沒有就此滿足。現在，他們正在努力擴大這項技術的規模，并將其集成到全尺寸微芯片中，同時進一步提高薄膜的負電容。