Електричне поле може змінювати те, як напівпровідники проводять тепло. Дослідження Cornell показує, що напрямок поля здатен як посилити, так і послабити теплопровідність матеріалу, а в окремому експерименті опір теплопередачі знизився на чверть
Фото: ChatGPT
Що потужнішими стають електронні пристрої, то складніше відводити від них тепло. Перегрів може знижувати ефективність компонентів, скорочувати строк їхньої служби та обмежувати подальше зменшення розмірів. Дослідники Корнельського університету перевірили, чи можна керувати тепловими властивостями матеріалів за допомогою електричного поля.
Напрямок поля має значення
У першій роботі команда змоделювала нітрид алюмінію — напівпровідник із широкою забороненою зоною, який розглядають для потужної електроніки. Розрахунки показали: теплопровідність через плівку залежить від того, у який бік спрямоване поле відносно внутрішньої полярності кристала. За одного напрямку матеріал краще проводить тепло, за протилежного — гірше.
Без прикладеного поля розрахована теплопровідність нітриду алюмінію становила близько 334 ватів на метр-кельвін. На думку авторів, це означає, що проєктувальникам майбутніх компонентів варто враховувати не лише матеріал і його форму, а й напрямок робочого поля щодо кристалічної структури.
Читайте також: Учені створили надтонкий напівпровідник, якого бракувало майбутнім чипам
В іншому матеріалі опір теплу зменшився на 25%
Окреме експериментальне дослідження тієї ж команди стосувалося нітриду бору. На тонкі кристали між металевими електродами подавали сильне електричне поле, а тепловий опір вимірювали лазерним методом. В одному з пристроїв цей показник під час повторних тестів зменшувався до 25%.
Зміни виникали поступово — протягом десятків хвилин або кількох годин — і згодом відновлювалися під час вимірювань чи між циклами. Звичайні електричні вимірювання не показували цього ефекту, його виявили саме за змінами теплових характеристик. Це підтверджує, що сильне електричне поле може помітно впливати на перенесення тепла в такому матеріалі.
До готової системи охолодження ще далеко
Обидві роботи не демонструють готового чипа, який самостійно охолоджується завдяки електричному полю. Результати поєднують комп’ютерне моделювання для нітриду алюмінію з лабораторними вимірюваннями на нітриді бору. Тож поки йдеться про новий спосіб керувати теплоперенесенням у матеріалах, а не про технологію, яку вже можна встановити в смартфони чи сервери.
Якщо ефект вдасться стабільно відтворити в робочих пристроях, інженери потенційно зможуть краще налаштовувати відведення тепла в електроніці високої потужності. Наступні етапи мають показати, як поведуться матеріали за тривалої роботи та чи можна масштабувати такий підхід у виробництві компонентів.
Ознайомтеся з іншими популярними матеріалами:
Золото допомогло створити надшвидку пам’ять для комп’ютерних чипів
ШІ-чипи можуть споживати менше енергії: учені усунули перешкоду
Вчені створили плівку, яка охолоджує електроніку без електрики
Джерело: Cornell Chronicle.
Telegram 
Viber 
