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, Kvantum, Výroba, Primát, Menší, Nature Communications, Čip, Nový čip, Riverside, Nový, Elektron, UCR, Nový výzkum, Úvodní obrázek, Spin, Sluneční světlo, Rozptyl, Způsob, Sluneční energie, Člen skupiny, Polovodič


Určitě si přečtěte

Hledá se způsob, jak uložit elektřinu. Možná pomohou obří gravitační baterie

Hledá se způsob, jak uložit elektřinu. Možná pomohou obří gravitační baterie

** Jak uložit elektřinu z fotovoltaiky a větrných turbín ** Pomohou třeba staré autobaterie, nebo setrvačníky ** A pak tu jsou bizarní gravitační akumulátory velikosti mrakodrapu

Jakub Čížek | 254

Nejlepší notebooky do 20 000 Kč. Tipy, co se dnes vyplatí koupit

Nejlepší notebooky do 20 000 Kč. Tipy, co se dnes vyplatí koupit

** S cenou do 20 tisíc lze vybrat solidní notebook na práci i hry ** Přenosné notebooky nabídnou i kovová těla a rychlý hardware ** Na hraní se hodí více peněz, ale na použitelný základ dvacet tisíc stačí

Tomáš Holčík, David Polesný | 49

Wi-Fi 6 konečně začíná dostávat smysl. Poradíme, jak ji využít

Wi-Fi 6 konečně začíná dostávat smysl. Poradíme, jak ji využít

** Na trh míří první levné Wi-Fi 6 routery ** Nabídka zařízení, zejména notebooků, každý den roste ** Poradíme, jak nejlépe přejít s domácností na Wi-Fi 6

Tomáš Holčík | 31

Pojďme programovat elektroniku: Rádiový čip, který má skoro každá bezdrátová myš

Pojďme programovat elektroniku: Rádiový čip, který má skoro každá bezdrátová myš

** Bezdrátové myši řídí čip od Nordic Semiconductors ** Jeho rádiové vysílače si před lety oblíbila i komunita kutilů ** Dnes si je vyzkoušíme v praxi

Jakub Čížek | 9