Квантовые барьеры для охлаждения электронных компонентов

Исследователи из Токийского университета разработали новый подход к охлаждению электронных компонентов без использования движущихся частей. Создавая квантовые барьеры через полупроводники и прикладывая напряжение, электроны отдают часть своего тепла посредством процесса, называемого «испарительное охлаждение».

Непрерывная миниатюризация электронных компонентов привела к большим инновациям и все более мощным устройствам, но также привела к все более серьезным проблемам нагрева. Основным методом охлаждения было использование заведомо шумных и очень чувствительных вентиляторов; в некоторых случаях очень громоздкий. Твердотельное решение, предложенное Токийским университетом, может применяться непосредственно к ноутбукам и смартфонам.

Квантовые барьеры - это структуры, способные захватывать электроны; тип барьера, используемого в этом исследовании, называется «двухбарьерная гетероструктура», в которой барьеры «арсенида галлия» разделены слоями «арсенида галлия-алюминия». Когда приложено напряжение, равное энергии квантовых уровней внутри барьера, электроны имеют более высокую вероятность его пересечения благодаря туннельному эффекту. Однако только электроны с очень высокой кинетической энергией смогут преодолеть даже второй барьер; теплые электроны убегут, а более холодные электроны будут захвачены.

Этот механизм аналогичен действию пота тела (основной метод охлаждения, в ожидании носимого кондиционера Sony); когда молекулы испаряются, они покидают кожу, отводя тепло.

«Мы смогли охладиться до 50 градусов в условиях окружающей среды. Эти результаты делают наши квантовые барьеры перспективными инструментами для управления теплом в электронных устройствах». Говорит старший автор Казухико Хиракава.

Вероятно, мы столкнулись с прорывом в системах охлаждения, который позволит еще больше повысить мощность наших смартфонов и компьютеров.