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勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家們創(chuàng)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(shù)。它們的與眾不同之處在于，由于使用了負(fù)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(zhì)）隔開的兩塊金屬板之間形成的電場中。與通過電化學(xué)反應(yīng)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(yōu)勢的代價(jià)是能源密度大大降低。也許這就是為什么我們只見過鼠標(biāo)等低功率設(shè)備采用這種技術(shù)，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(yán)重。

研究人員通過設(shè)計(jì) HfO2-ZrO2 薄膜來實(shí)現(xiàn)負(fù)電容效應(yīng)，從而克服了這一難題。通過對成分進(jìn)行恰到好處的調(diào)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(dá)到 100 納米，同時(shí)保持了所需的性能。

這些薄膜被集成到三維微型電容器結(jié)構(gòu)中，實(shí)現(xiàn)了破紀(jì)錄的性能：與當(dāng)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(gè)巨大的數(shù)字。

伯克利實(shí)驗(yàn)室資深科學(xué)家、加州大學(xué)伯克利分校教授兼項(xiàng)目負(fù)責(zé)人賽義夫-薩拉赫丁（Sayeef Salahuddin）說："我們獲得的能量和功率密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我們的預(yù)期。我們多年來一直在開發(fā)負(fù)電容材料，但這些結(jié)果非常令人驚訝。"

該技術(shù)有助于滿足物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計(jì)算系統(tǒng)和人工智能處理器等微型設(shè)備對小型化能源存儲日益增長的需求。

"有了這項(xiàng)技術(shù)，我們終于可以開始實(shí)現(xiàn)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(shù)的新領(lǐng)域。"

這是一項(xiàng)重大突破，但研究人員并沒有就此滿足。現(xiàn)在，他們正在努力擴(kuò)大這項(xiàng)技術(shù)的規(guī)模，并將其集成到全尺寸微芯片中，同時(shí)進(jìn)一步提高薄膜的負(fù)電容。