울트라의 마지막 장벽

삽입된 다층 그래핀 인덕터(가운데 파란색 나선형)에 대한 예술가의 묘사. [+] 운동 유도 용량에 의존합니다. 배경 이미지는 마이크로 전자 공학에 대해 훨씬 열등하고 효율성이 떨어지는 개념인 자기 인덕턴스에 의존하는 이전 제품을 보여줍니다.

끊임없이 발전하는 기술을 위한 경쟁에는 세상을 발전시키는 두 가지 기술 역량, 즉 속도와 규모가 있습니다. 이는 장치가 작을수록 장치를 구동하는 전기 신호가 이동해야 하는 거리가 짧아지는 것과 관련이 있습니다. 실리콘을 더 얇게 자르고, 인쇄 회로 요소를 더 작게 만들고, 점점 더 소형화되는 트랜지스터를 개발할 수 있게 되면서 컴퓨팅 속도와 성능이 향상되고 장치 크기가 감소했습니다. 그러나 이러한 발전이 비약적으로 이루어짐과 동시에 기본 회로 요소 중 하나인 인덕터의 설계는 그대로 유지되었습니다. TV부터 노트북, 스마트폰, 무선 충전기, 라디오, 변압기에 이르기까지 모든 제품에서 찾아볼 수 있는 이 부품은 현존하는 가장 필수적인 전자 부품 중 하나입니다.

1831년 Michael Faraday가 발명한 이후로 디자인은 기본적으로 변하지 않았습니다. 지난달까지 Kaustav Banerjee가 이끄는 UC Santa Barbara 팀은 근본적으로 새로운 유형의 인덕터를 시연했습니다. 원래 인덕터 설계의 한계 없이 소형화 및 속도의 새로운 돌파구를 열어 잠재적으로 더 연결된 세상을 위한 길을 열어야 합니다.

패러데이 유도 법칙의 초기 적용 중 하나는 내부에 자기장을 생성하는 와이어 코일(... [+])이 재료를 자화시켜 내부 자기장에 변화를 일으킬 수 있다는 점에 주목하는 것이었습니다. 이 변화하는 자기장은 자석 반대편의 코일에 전류를 유도하여 바늘(오른쪽)이 편향되도록 합니다. 최신 인덕터는 여전히 이와 동일한 원리를 사용합니다.

인덕터의 고전적인 작동 방식은 가능한 가장 간단한 설계 중 하나인 간단한 와이어 코일입니다. 루프나 와이어 코일을 통해 전류를 흐르게 하면 중심을 통해 자기장이 생성됩니다. 그러나 패러데이의 유도 법칙에 따르면 자기장의 변화는 다음 루프에서 생성하려는 전류와 반대되는 전류를 유도합니다. 더 큰 코일 밀도를 만들거나 (더 나은 경우) 인덕터 내부에 자화 가능한 재료 코어를 넣으면 장치의 인덕턴스를 크게 늘릴 수 있습니다. 이로 인해 매우 효과적인 인덕터가 생성되지만 물리적으로 상당히 커야 하는 인덕터가 생성됩니다. 우리가 이룩한 모든 발전에도 불구하고 이 설계 스타일의 근본적인 한계는 인덕터가 얼마나 작아질 수 있는지에 한계가 있다는 것을 의미합니다.

19세기, 20세기, 21세기에 전자공학이 가져온 모든 혁명에도 불구하고... [+] 기존의 자기 인덕터 개념은 패러데이의 원래 설계와 거의 변하지 않았습니다. 이미지 출처: Shutterstock.

그러나 응용 프로그램은 엄청납니다. 커패시터, 저항기와 함께 인덕터는 모든 전자 장치의 기초가 되는 세 가지 수동 소자 중 하나입니다. 적절한 크기와 주파수의 전류를 생성하면 유도 모터를 만들 수 있습니다. 코일을 통해 자기 코어를 안팎으로 통과시키면 기계적인 움직임으로 전기가 생성됩니다. AC 및 DC 전류를 모두 회로 아래로 보내면 인덕터는 DC가 통과하도록 허용하면서 AC를 차단합니다. 서로 다른 주파수의 신호를 분리할 수 있으며 인덕터와 함께 커패시터를 사용하면 텔레비전 및 라디오 수신기에서 가장 중요한 동조 회로를 만들 수 있습니다.

사진은 실용적인 에너지 저장 물질인 CCTO(칼슘-구리-티타네이트)의 큰 입자를 보여줍니다. CCTO는 세계에서 가장 효율적이고 실용적인 '슈퍼커패시터' 중 하나입니다. CCTO 세라믹의 밀도는 최대 이론 밀도의 94%입니다. 커패시터와 저항기는 철저히 소형화됐지만 인덕터는 뒤처진다.