加州大学伯克利分校（University of California, Berkeley）的工程师表明，有可能减少电容器储存电荷所必须的最小电压，这一成就可以降低今天电子产品的功耗和发热。

　　“就像一级方程式（Formula One）赛车一样，您的计算机运行速度越快，就会变得越热。因此，要有一个快速微处理器，关键是要使它的元件晶体管更节能，”阿西夫•科汗（Asif Khan）说，他是加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学研究生。“不幸的是，晶体管的电源供应电压，类似于汽车的燃料，一直停留在1伏，已经有大约10年了，这是由于它运行的基本物理学。晶体管还没有达到所需的高效率，无法跟上市场渴求的更快运算速度，这就导致微处理器耗电量的累积和不可持续的增长，我们认为我们可以改变这一点。”

　　科汗在萨伊夫•萨拉赫丁（Sayeef Salahuddin）实验室工作，是加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学助理教授，2008年以来一直领导一个项目，以提高晶体管的效率。

　　研究人员利用了铁电体（Ferroelectrics）的特异优势，铁电体是一类材料，可以包含正负电荷。甚至你不给它施加电压，铁电体也会包含电荷。更重要的是，铁电体的电极化可以逆转，只需要应用外部电场。

　　变得更为物美价廉

　　工程师们第一次展示，在铁电材料配合电介质即电绝缘体制成的电容器中，对于一个给定的电压，积累的电荷实际上可以被放大，这种现象被称为负电容（negative capacitance）。

　　该小组报道了他们的成果，就刊登在9月12日出版的杂志《应用物理快报》（Applied Physics Letters）上。这项实验做好了准备，将主要升级到晶体管，这种通断开关产生零和一的计算机二进制语言。

　　“这项工作是原理循证，我们需要用来寻求负电容，把它作为一项可行的策略，以克服今天的晶体管功耗，” 萨拉赫丁说，他最先论证了铁电材料中负电容的存在。“如果我们能用它来创造低功耗晶体管，而又无需牺牲性能和工作速度，那就会改变整个计算行业。”

　　研究人员配合使用铁电材料，锆钛酸铅（PZT），绝缘介质，钛酸锶（STO），创造了一个双层栈。他们把电压加到这种锆钛酸铅-钛酸锶结构上，或者只加到一层钛酸锶上，并比较了在两种设备中存储的电荷量。

　　萨拉赫丁说：“有一个预期的降压，可以用绝缘材料获得特定的电荷，但是，用这种铁电结构，我们证明了双重电压提升的电荷，都是针对相同的电压，而这一增长可能显著提高。”

　　计算机时钟速度达到瓶颈

　　自从20世纪70年代初第一部商用微处理器兴起以来，计算机芯片上压缩的晶体管数量每两年增加一倍，这是英特尔公司创始人之一戈登•摩尔（Gordon Moore）预测的进展，普遍称为摩尔定律。集成电路数十年前包含数以千计的晶体管，现在则达到了数十亿个元件。

　　但尺寸的缩小并没有带来操作电脑芯片整体功率的等比例降低。在室温条件下，最低的60毫伏需要增加到通过晶体管电流量的10倍。研究人员说，由于一个晶体管开关状态之间的差异必须是显著的，所以，至少需要1伏特来运行一个晶体管。

　　“我们已经走到一个瓶颈，”科汗说。“自从2005年以来，微处理器的时钟速度已趋于稳定，而进一步缩小晶体管就变得困难了。”

　　萨拉赫丁和他的团队所提出的解决方案，是改进目前的晶体管，这样，他们就把铁电材料纳入自己的设计，这一改变，有可能从较小的电压产生较大的电荷。这将使工程师们制成的晶体管散发更少的热量，从而可以继续缩小这个关键的计算机元件。