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)

Diskuze (1) Další článek: ASRock aktualizoval miniaturní a konfigurovatelný počítač pro podporu nových čipů Kaby Lake od Intelu

Témata článku: Technologie, Věda, Výzkum, Čipy, Arsen, Nový čip, Elektron, Rozptyl, UCR, Alexander, Menší, Způsob, Nový, Nature, Kalifornská univerzita, Kvantum, Čip, Vzruch, Budoucí nositel, Polovodič, Riverside, Spin, Polovodičový materiál, Úvodní obrázek, Sluneční světlo



Ostření v digitální fotografii – fázové, kontrastní a hybridní, které je lepší?

Ostření v digitální fotografii – fázové, kontrastní a hybridní, které je lepší?

Povedená fotografie by měla mít nejen svoji specifickou atmosféru a povedenou kompozici, ale zejména by měla být ostrá.

Petr Březina
Fotoškola
Vybrali jsme 14 špičkových televizorů. Na Vánoce ty nejlepší z nejlepších

Vybrali jsme 14 špičkových televizorů. Na Vánoce ty nejlepší z nejlepších

I když ceny televizorů klesají a ani velké úhlopříčky už nejsou drahé, stále má smysl připlatit si za prémiové televizory. Vybrali jsme ty nejlepší, které vás překvapí kvalitním podáním obrazu i pokročilými funkcemi.

Jaromír Puk
Televizory
Lék proti depresi za stokorunu snižuje riziko těžkého průběhu i úmrtí na onemocnění covid-19

Lék proti depresi za stokorunu snižuje riziko těžkého průběhu i úmrtí na onemocnění covid-19

** Klinická studie zkoumala vliv antidepresiva fluvoxamin na covid-19 ** Počet úmrtí souvisejících s covidem-19 klesl zhruba o 90 % ** Potřeba intenzivní lékařské péče se snížila zhruba o 65 %

Karel Kilián
COVID-19LékyDepreseMedicína
Na povrchu Měsíce je tolik kyslíku, že by stačil pro lidstvo na 100 tisíc let

Na povrchu Měsíce je tolik kyslíku, že by stačil pro lidstvo na 100 tisíc let

** Lidstvo se připravuje na kolonizaci Měsíce ** Jednou ze základních surovin, bez nichž se na naší přirozené družici neobejdeme, je nepochybně kyslík ** Kde ho vzít?

Stanislav Mihulka
KolonizaceMěsícO2
Jeden z nejpodivnějších objektů ve Sluneční soustavě odpálil další explozi

Jeden z nejpodivnějších objektů ve Sluneční soustavě odpálil další explozi

** Kometa 29P/Schwassmann–Wachmann je pozoruhodná tím, že víceméně pravidelně vybuchuje ** A letos se vyloženě předvádí ** V srpnu odpálila pořádnou erupci, v září doslova supererupci a 24. října následovala další velice silná exploze

Stanislav Mihulka
AstronomieKomety
Černobyl po 35 letech: Stále vypadá děsivě, elektřina se tu ale vyrábí dál

Černobyl po 35 letech: Stále vypadá děsivě, elektřina se tu ale vyrábí dál

** Uběhlo 35 let od tragické nehody v černobylské elektrárně ** Celá oblast je událostí stále silně poznamenaná ** Z Černobylu ale znovu teče elektřina – tentokrát solární

David Polesný
Elektrárna