На пороге энергетического будущего: алмазы на службе углеродной нейтральности

Исследователи из Иллинойского университета в Урбане-Шампейне (UIUC) разработали полупроводниковое устройство на основе алмаза, которое показывает наивысшее напряжение пробоя и наименьший ток утечки по сравнению с ранее известными алмазными устройствами. Данное открытие может стать ключом к устойчивой электрификации общества в контексте стремления к углеродной нейтральности к 2050 году.

Согласно недавнему отчёту Национальных академий наук, инженерии и медицины США, существует риск, что без модернизации и расширения электросети, переход к возобновляемым источникам энергии может быть существенно отложен, что привёдет к временному увеличению выбросов ископаемого топлива.

Профессор электротехники и компьютерных наук Кэн Байрам, возглавлявший исследование вместе со студентом-аспирантом Чжуоранем Ханом, отмечает, что для удовлетворения возрастающих потребностей в электричестве необходим переход от традиционных материалов, таких как кремний, к новым, включая алмаз и другие ультраширокозонные материалы.

Алмаз как ультраширокозонный полупроводник обладает наивысшей теплопроводностью, что позволяет устройствам на его основе работать при значительно более высоких напряжениях и токах, эффективно рассеивая тепло без снижения электрической производительности. Это делает алмаз особенно перспективным для приложений, требующих высокого тока и напряжения, например, в солнечных панелях и ветряных турбинах.

Разработанное устройство способно выдерживать напряжение около 5 кВ, а теоретически — до 9 кВ, что является рекордным показателем для алмазных устройств. Кроме того, устройство демонстрирует наименьший ток утечки, что увеличивает общую эффективность и надёжность устройства.

Хан подчеркивает, что разработанное устройство лучше подходит для приложений с высокой мощностью и напряжением в будущей электросети и других энергетических приложениях. Исследователи надеются на дальнейшую оптимизацию устройства, чтобы максимально использовать потенциал алмаза как материала.