Technologie | Věda

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, Polovodič, Elektron, Nový, Kalifornská univerzita, Alexander, Primát, Nature, Menší, Sluneční světlo, Sluneční energie, Člen skupiny, Rozptyl, Spin, Riverside, Čip, Nový čip, Budoucí nositel, Nature Communications, UCR, Kvantum


Určitě si přečtěte

Jak se šíří Covid v Česku: Čerstvá data, mapy okresů a obcí. Každý den aktualizované grafy

Jak se šíří Covid v Česku: Čerstvá data, mapy okresů a obcí. Každý den aktualizované grafy

** Vývoj COVID-19 v Česku: nakažení, úmrtí, testovaní, hospitalizovaní ** Mapa podle okresů, přehled podle věku, situace v Evropě i ve světě ** Každý den aktualizované grafy a mapy

Marek Lutonský | 169

Marek Lutonský
COVID-19Koronavirus
Sony svléklo PlayStation 5 donaha. Chlazení je skutečně masivní a využívá tekutý kov
Lukáš Václavík
Playstation 5SonyHardware
Teď už Chromium ovládne Windows 10 úplně. Microsoft dokončil WebView2

Teď už Chromium ovládne Windows 10 úplně. Microsoft dokončil WebView2

** Před dvěma lety se Microsoft zasnoubil s Chromem ** Nový Edge není zdaleka jejich jediné dítě ** Ještě důležitější je komponenta WebView2

Jakub Čížek | 50

Jakub Čížek
Windows 10ChromeSoftware
Používáte Disk Google? Tak si dejte pozor: od října začne automaticky vysypávat koš
Vladislav Kluska
Disk GoogleÚložištěGoogle
Nejlepší notebooky do 10 000 korun: Co má ještě smysl kupovat. A co ne?

Nejlepší notebooky do 10 000 korun: Co má ještě smysl kupovat. A co ne?

** Notebooky s cenou do deseti tisíc korun jsou plné kompromisů ** Existuje několik modelů dobře použitelných pro nenáročné použití ** Vhodnou alternativou jsou tablety nebo repasované počítače

David Polesný | 59

David Polesný
Jak vybrat notebookNotebooky
(Ne)používáte PayPal? Dejte si pozor, zavádí totiž poplatek za neaktivitu
Lukáš Václavík
FintechPayPal
Obří GeForce RTX 3090 vyfocená ve skříni. Moc místa vám nezbyde
Karel Javůrek
GeForce RTX 3000Grafické kartyNvidia