Des chercheurs développent un transistor thermique à semi-conducteurs pour améliorer los angeles gestion de los angeles chaleur

Une équipe de chercheurs de l’Université de Californie à Los Angeles a dévoilé un premier transistor thermique à semi-conducteurs complètement solid et complètement solid qui utilise un champ électrique pour contrôler le mouvement thermique d’un dispositif semi-conducteur.

Étude de groupe, publiée dans les sciences, détaille le fonctionnement de l’appareil et ses programs potentielles. Avec une vitesse et des performances extrêmes, le transistor pourrait innover en matière de gestion thermique des puces informatiques grâce à los angeles conception au niveau atomique et à l’ingénierie moléculaire. Des progrès pourraient également faire progresser los angeles compréhension de los angeles manière dont los angeles chaleur est régulée dans le corps humain.

“Contrôler avec précision los angeles façon dont los angeles chaleur circule à travers les matériaux est un rêve de longue date mais insaisissable pour les physiciens et les ingénieurs”, a déclaré Yongji Ho, co-auteur de l’étude et professeur de génie mécanique et aérospatial à los angeles Samueli College of Engineering de l’UCLA.

“Ce nouveau principe de conception fait un grand pas en avant dans cette course, automobile il gère le mouvement de los angeles chaleur en activant et désactivant le champ électrique, tout comme les transistors électriques le font depuis des décennies.”

Les transistors électriques sont les éléments constitutifs des applied sciences de l’data modernes. Il a été développé pour los angeles première fois par les Bell Labs dans les années 1940 et comporte trois terminaux : une passerelle, une supply et un récepteur. Lorsqu’un champ électrique est appliqué à travers los angeles grille, il régule los angeles façon dont l’électricité (sous forme d’électrons) se déplace à travers los angeles puce.

Ces dispositifs semi-conducteurs peuvent amplifier ou commuter des signaux électriques et énergétiques. Mais à mesure que leur taille proceed de diminuer au fil des années, des milliards de transistors peuvent être placés sur une seule puce, générant davantage de chaleur due au mouvement des électrons, affectant ainsi les performances de los angeles puce. Les dissipateurs thermiques traditionnels évacuent passivement los angeles chaleur des issues chauds, mais il est encore difficile de trouver un contrôle plus dynamique pour réguler efficacement los angeles chaleur.

Bien que des efforts aient été déployés pour régler los angeles conductivité thermique, leurs performances ont été affectées en raison de los angeles dépendance à l’égard de pièces mobiles, de mouvements ioniques ou de composants de los angeles answer liquide. Cela a entraîné des vitesses de commutation du mouvement thermique lentes, de l’ordre de quelques mins, voire beaucoup plus lentes, ce qui a entraîné des problèmes de fiabilité des performances ainsi qu’une incompatibilité avec los angeles fabrication de semi-conducteurs.

Doté d’un effet de champ (modulation de los angeles conductivité thermique d’un matériau par utility d’un champ électrique externe) et d’un état solide (pas de pièces mobiles), le nouveau transistor thermique offre des performances élevées et une compatibilité avec les circuits intégrés dans les processus de fabrication de semi-conducteurs. Los angeles conception de l’équipe intègre l’effet de champ sur los angeles dynamique de price à l’interface atomique pour permettre des performances élevées en utilisant peu d’énergie pour commuter et amplifier en permanence le flux thermique.

L’équipe de l’UCLA a démontré des transistors thermiques à grille électrique qui ont atteint des performances report avec une vitesse de commutation supérieure à 1 mégahertz, soit un million de cycles par seconde. Il offre également une conductivité thermique réglable à 1 300 % et des performances fiables pour plus d’un million de cycles de commutation.

Le player à l’étude a déclaré : « Ce travail est le résultat d’une merveilleuse collaboration grâce à laquelle nous avons pu tirer parti de notre compréhension détaillée des molécules et des interfaces pour faire un pas en avant majeur dans le contrôle des propriétés de matériaux importants ayant un potentiel d’have an effect on réel. .» Auteur Paul Weiss, professeur de chimie et biochimie. “Nous avons pu améliorer à los angeles fois los angeles vitesse et l’ampleur de l’effet de commutation thermique de plusieurs ordres de grandeur par rapport à ce qui était auparavant imaginable.”

Dans los angeles conception de validation de principe de l’équipe, une interface moléculaire auto-assemblée est fabriquée et agit comme un conduit pour le mouvement de los angeles chaleur. L’activation et los angeles désactivation du champ électrique by means of los angeles porte tierce contrôlent los angeles résistance thermique à travers les interfaces atomiques, permettant ainsi à los angeles chaleur de se déplacer avec précision à travers le matériau. Les chercheurs ont validé les performances du transistor grâce à des expériences de spectroscopie et effectué des calculs théoriques de base prenant en compte les effets de champ sur les propriétés des atomes et des molécules.

L’étude présente une innovation technologique évolutive pour une énergie sturdy dans los angeles fabrication et les performances des puces. Le thought offre également une nouvelle façon de comprendre los angeles gestion de los angeles chaleur dans le corps humain, a-t-il suggéré.

“À un niveau très basique, los angeles plateforme peut fournir des informations sur les mécanismes moléculaires des cellules vivantes”, a ajouté Hu.