Investigadores de la Universidad de California en Los Ángeles, EE.UU., han inventado un transistor térmico que utiliza un campo eléctrico para controlar el flujo de calor. Este dispositivo de prueba de concepto es el primero de su tipo y sus desarrolladores dicen que podría usarse para enfriar chips de computadora o incluso para revelar cómo las células vivas regulan el calor a nivel molecular.
Los transistores eléctricos son dispositivos semiconductores que regulan cómo se mueve la electricidad (electrones) a través de un chip y se usan ampliamente para amplificar o conmutar señales eléctricas y energía. Son los componentes básicos de la tecnología de la información moderna, y su tamaño cada vez menor significa que ahora se pueden comprimir miles de millones en un solo chip.
El problema con esta densidad creciente es que los electrones generan cantidades significativas de calor a medida que se propagan. Si no se elimina este calor, el rendimiento del chip comenzará a degradarse. Los disipadores de calor convencionales abordan este problema alejando pasivamente el calor de las áreas calientes, pero falta una forma más dinámica de regular el transporte de calor. Esto se debe a que la naturaleza disipativa del flujo de calor, la distribución espectral de los portadores de calor (fonones) y el hecho de que el calor generalmente reacciona muy débilmente con los campos externos hacen que el flujo preciso de calor a través de los materiales sea muy difícil de controlar, explica. Yongjie-hu, un ingeniero mecánico y aeroespacial que dirigió el nuevo esfuerzo de investigación.
Hu y sus colegas fabricaron su nuevo transistor térmico a partir de una interfaz molecular autoensamblada que actúa como conducto para el calor. Activar y desactivar un campo eléctrico a través de una puerta del tercer terminal proporciona controles de efecto de campo sobre la dinámica de enlace atómico del material de interfaz y, por lo tanto, la resistencia térmica a través de él. El resultado es un dispositivo con una velocidad de conmutación de más de 1 MHz y una relación de conductancia térmica de más del 1300 % que se puede cambiar más de 1 millón de veces.
"Nuestro nuevo principio de diseño es un gran paso adelante en este campo, ya que gestiona el movimiento del calor con el encendido y apagado de un campo eléctrico, tal como se ha hecho con los transistores eléctricos durante décadas", dice Hu. Mundo de la física. "Esta es un área de investigación emergente y en rápida evolución muy interesante, y estamos trabajando en conceptos y diseños novedosos para realizar desarrollos revolucionarios, tal como lo han hecho nuestros predecesores en el campo de los transistores eléctricos que revolucionaron la tecnología de la información moderna".
Implicaciones para la gestión térmica
Hu cree que el trabajo del equipo podría tener implicaciones para la gestión térmica en la electrónica, el empaquetado de circuitos integrados 3D, los sistemas de energía sostenible, el procesamiento industrial y la terapia térmica biomédica. Añade que el concepto también ofrece una nueva forma de entender la gestión del calor en el cuerpo humano a nivel de los mecanismos moleculares activos dentro de las células vivas.
El transporte térmico se vuelve balístico a través de películas delgadas 2D
Estimulados por sus resultados preliminares, los investigadores, que detallan su trabajo actual en Ciencia:, dicen que ahora están explorando formas de mejorar el rendimiento de sus transistores térmicos optimizando sus estructuras y materiales. "También estamos integrando estos transistores térmicos avanzados en circuitos de potencia, como circuitos integrados 3D y diseños de chiplets", revela Hu. "Al aprovechar estos transistores térmicos con control de precisión a nanoescala, nuestro sistema tiene como objetivo lograr un rendimiento y una confiabilidad informática significativamente mejorados, superando las tecnologías de vanguardia actuales".
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- Fuente: https://physicsworld.com/a/thermal-transistor-could-cool-down-computer-chips/
