缩小现代电子产品的一个障碍是它们的电容器相对较大。现在，科学家们已经开发出了新的“超晶格”，它可能有助于制造出比传统电容小百分之一的电容器。
电池以化学形式储存能量，而电容器则是在电场中储存能量。电池通常比电容拥有更大的能量密度，它们可以储存与自身重量相当的更多能量。然而，电容器通常比电池拥有更大的功率密度，它们充放电更快。这使得电容器在涉及功率脉冲的应用中非常有用。

由于电容器的能量密度较低，因此难以小型化。反铁电材料可以帮助解决这个问题。就像磁铁一样，材料中的电荷也会分裂成正极和负极。反铁电体是指这些“电偶极子”通常朝向相反方向的材料，导致总体上零电极化。然而，当反铁电体暴露在足够强的电场中时，它们可以切换到高度极化，从而产生大的能量密度。

卢森堡科学技术研究所的材料物理学家Hugo Aramberri说:“用反铁电材料制成的电容器可能比传统电容器小得多，这将有助于电子电路的小型化。”
然而，已知的天然反铁电材料相对较少。在一项新的研究中，阿拉姆贝里和他的同事试图设计出类似反铁电体的人造结构。科学家们转向了铁电材料和准电材料。铁电体是一种电偶极子在正常情况下都朝向同一方向，从而产生电极化的材料。与之相反，顺电材料是电偶极子只在电场存在时排列的材料。
然后，该团队构建了铁电钛酸铅(PbTiO3)和准电钛酸锶(SrTiO3)组成的超晶格。之所以称为超晶格，是因为钛酸铅和钛酸锶本身以晶格结构排列，它们也被放置在彼此交替的薄层中。

科学家们试图通过对不同材料的特性进行实验，包括层厚度、层刚度和层所处基础的应变，来优化它们在室温下的能量存储密度和能量释放效率。
在模拟中，科学家们发现，在每厘米3.5兆伏特的电场下，他们最好的超晶格可以存储超过110焦耳每立方厘米。在这个场强下，这比几乎所有已知的反铁电电容器都要好。只有一种复杂的钙钛矿固溶体在3.5兆伏特/厘米的情况下显示出154焦耳/立方厘米，这是目前在该场强下最高的能量密度记录。

传统电容器的能量存储密度比我们在研究中预测的一些人工反铁电体的能量存储密度小100倍以上，这意味着我们的超晶格有可能被用于制造体积比传统电容小100倍的电容器。
阿拉贝瑞指出，在选择电容器时，除了能量密度之外，还有一些因素必须考虑，比如功率密度。这些值得进一步研究，以评估我们的超晶格用于商业用途的可行性。
他还警告说，他们研究的晶格中含有铅，铅的毒性极大地限制了它的技术应用。尽管如此，我们相信我们的工作提供了一个概念证明，人造反铁电体可以由铁电体和辅助电体量身定制，而且这个想法与为构建模块选择的特定材料并没有本质上的联系。总之，这些新发现表明，在许多实际用途上，我们可能能够使用特制的人造反铁电体来代替固有的反铁电体。
下一步将是在真实样本中测试我们的模拟。Aramberri说：“测量其他特性是很有趣的，比如它们能承受多大的电压，长期使用的耐力，以及最终的商业可行性。后者在一定程度上依赖于可扩展且廉价的高质量氧化物超晶格制造技术，这些技术尚未完全开发出来。”