Nový způsob chlazení polovodičů: využívá kvazičástic a umožní výrobu ještě menších a výkonnějších čipů

Nový způsob chlazení polovodičů: využívá kvazičástic a umožní výrobu ještě menších a výkonnějších čipů

Modulováním proudění fononů přes polovodičové nanodráty lze ovládat tok tepla tímto materiálem. Umožní to vyvinout ještě menší a rychlejší počítačové čipy, vysoce výkonné sluneční panely, lepší lasery a biomedicínská zařízení. Takový je závěr osmičlenné americko-finsko-moldavské skupiny vědců vedené Alexandrem Balandinem z Kalifornské univerzity v Riverside. Výsledky uveřejnili ve vědeckém časopise Nature Communications, upozornil web univerzity.

Fonon je tzv. kvazičástice (nejde tedy o skutečnou částici) šířící vibrační kvantum v krystalové mřížce. Vibrace v krystalové mřížce se mohou přenášet od buňky k buňce a vytvářet tím dojem pohyblivé částice. Tato „částice“ se pak nazývá fonon (zdroj: Wikipedia)

Členové skupiny zaznamenali primát. Jako první pozměnili rozpětí energie fononů. Podařilo se jim totiž tyto kvazičástice vázat k polovodičovým strukturám v nanometrovém měřítku.

Použili při tom polovodičové nanovlákna z arsenidu galia (GaAs). Speciální zobrazovací metodou BMS, využívající spektroskopii na bázi rozptylu světla, a následně zkoumali pohyb fononů krystalickými nanostrukturami. Změnu rozpětí energie, respektive disperze, fononů dosáhli změnou velikosti a tvaru příslušných nanostruktur GaAs.

Ovládání disperze fononů je klíčové pro snadnější a efektivnější odvádění tepla z elektronických zařízení v nanometrovém měřítku. Přitom právě problém odvodu tepla představuje velkou překážku dalšího zmenšování těchto zařízení.

Nová metoda však podle členů výzkumné skupiny poslouží i ke zvýšení účinnosti termoelektrické výroby energie. Ta funguje na bázi teplotního rozdílu vytvořeného v polovodičích. V tomto kontextu se ve vazbě na nový výzkum využije snížení tepelné vodivosti fonony.

„Dlouhá léta platilo, že jedinou představitelnou metodou, jak změnit tepelnou vodivost nanostruktur, byl rozptyl fononů na hranicích a rozhraních těchto nanostruktur,“ říká Alexander Balandin. „Nám se podařilo experimentálně prokázat, že prostorovým vázáním fononů v nanodrátech lze změnit jejich rychlost a způsob, jakým interagují s elektrony a magnony, a také to, jak přenášejí teplo."

Magnon je stejně jako fonon kvazičástice. Jde o souborný vzruch struktury spinů elektronů, tedy jejich „rotace“, v krystalové mřížce.

Balandin dodává, že práce jeho výzkumného týmu otevírá mnoho nových příležitostí pro vyladění tepelných a elektronických vlastností polovodičových materiálů.

Úvodní obrázek: Doktorand Fariborz Kargar v labortaři Alexandra Balandina při měření rozptylu fononů v polovodičových nanovláknech (zdroj: UC Riverside)

Témata článku: Věda, Technologie, Čipy, Výzkum, Arsen, Alexander, Člen skupiny, Rozptyl, Nature Communications, Čip, Polovodičový materiál, Spin, Úvodní obrázek, Tepelný pohyb, Elektron, Způsob, Nový čip, Sluneční světlo, Výroba, Nature, Sluneční energie, Riverside, Nový výzkum, Kalifornská univerzita

Určitě si přečtěte

10 konceptů, které budou měnit svět v roce 2018

10 konceptů, které budou měnit svět v roce 2018

** Analytická společnost Gartner zveřejnila technologické trendy pro příští rok ** Řada technologických novinek se dočká většího nasazení ** Vše bude zase o něco efektivnější, rychlejší a chytřejší

Včera | Javůrek Karel

Přichází doba hypersonických zbraní. Hrozí zvýšené riziko jaderného konfliktu

Přichází doba hypersonických zbraní. Hrozí zvýšené riziko jaderného konfliktu

** Světové mocnosti vyvíjí nové, nesmírně rychlé zbraně ** Jsou schopné pokořit rychlost Mach 5 ** Tyto zbraně mohou zvýšit riziko rozpoutání válečného konfliktu

Včera | Mihulka Stanislav | 16

WD představuje technologii MAMR. Disky budou mít kapacitu 40 TB

WD představuje technologii MAMR. Disky budou mít kapacitu 40 TB

** WD představilo technologii MAMR, která umožňuje zvýšit hustotu dat zapsaných na běžném disku ** Půjde použít s většinou současných materiálů a technologií ** První disky se mají objevit už za dva roky

Včera | Janů Stanislav | 19