Потребители любят портативную электронику. Но по мере того, как смартфоны, планшеты и ноутбуки становятся меньше и мощнее, возможность перегрева становится все более насущной проблемой.
Доступные в настоящее время вентиляторы шумные, громоздкие и имеют движущиеся части, которые могут выйти из строя. Теперь ученые из Института промышленных наук Токийского университета представили новое твердотельное решение, изготовленное из полупроводников, которое может быть легко преобразовано непосредственно в смартфоны или ноутбуки.
«Современные портативные устройства сделали возможной нынешнюю информационную революцию», – объясняет один из первых соавторов, Марк Бескон. "Однако такая миниатюризация связана с проблемами, связанными с отходящим теплом.
Наша новая система позволяет осуществлять охлаждение на кристалле с использованием стандартных процессов производства полупроводников."
Квантовые ямы – это наноразмерные структуры, достаточно маленькие, чтобы улавливать электроны. Тип квантовой ямы, использованный в данном исследовании, называется асимметричной двухбарьерной гетероструктурой. В этих устройствах очень узкие лунки из арсенида галлия разделены слоями арсенида алюминия-галлия.
Когда приложенное напряжение смещения равно энергии квантового уровня внутри ямы, электроны могут использовать резонансное туннелирование, чтобы легко проходить через барьер. Однако только электроны с высокой кинетической энергией смогут пройти через второй барьер. Поскольку «более горячие» и быстро движущиеся электроны ускользают, а «более холодные» медленные электроны захватываются, устройство становится холоднее.
Это «испарительное охлаждение» аналогично процессу, при котором вам становится холодно, когда вы выходите из бассейна. Молекулы воды с наибольшей тепловой энергией первыми испаряются с вашей кожи, унося с собой тепло.
«Мы достигли электронного охлаждения до 50 градусов по Цельсию в условиях окружающей среды. Эти результаты делают наши устройства с квантовыми ямами многообещающими для комплексного управления теплом в интеллектуальных устройствах ", – говорит старший автор Кадзухико Хиракава. «Смартфоны будущего могут поставляться с внутренними печатными платами, содержащими еще больше компонентов, если они также имеют некоторые из этих охлаждающих квантовых ям."