Як боротися з перегрівом електроніки, не борючись із ним, Фізика
Спільнота «Фізика»
Як боротися з перегрівом електроніки, не борючись із ним
За ідеєю, треба якось охолоджувати нутрощі всіх цих пожирателей вашого часу. Але дослідники з Університету штату Нью-Йорк у Буффало (США) на чолі з Джонатаном Бердом (Jonathan Bird) пішли у прямо протилежному напрямку. Вони створили напівпровідниковий нанорозмірний пристрій із кристалів арсеніду галію, після чого пропустили через нього струм порівняно високої напруги. Сталося очікуване: кількість тепла, що виділяється пристроєм під час роботи, різко зросла.
Навіщо ж ці панове знущалися з електроніки? Справа в тому, що перегрів замість деградації пристрою викликав його перехід у квантовий стан, що захищає його від ефектів перегріву і перетворило розробку на надійний канал для електричного струму, незважаючи на серйозне нагрівання.
Як таке можливо? Пан Берд проводить аналогію з Ніагарським водоспадом: «Вода, або енергія, надходить із зовнішнього джерела — скажімо, Великих озер. Потім вона спрямовується у вузький канал (р. Ніагара) і в результаті скидається через водоспад. А внизу падаюча вода розсіює свою енергію, але, на відміну від водоспаду, енергія, що розсіюється в мікросхемі, потім знову починає циркулювати по ній у вигляді тепла, впливаючи на те, як саме тепло впливає (або, в даному випадку, не впливає) на роботу мережі ».
«Засовування» електричного струму у вузький канал хоча і призводить до зростання тепловиділення конкретного нанотранзистора, але не викликає падіння провідності квантового контакту точкового в необхідному діапазоні температур. (Ілюстрація UB.)
Струм у пристрої «складається» з електронів, які спонтанно організуються у вузьку нитку, що йде через нанопровідник. І якщо тепло будевпливати тільки на околиці цієї нитки, але не на неї саму, вплив зростання температури на провідність виявиться близько до нуля.
Пристрій, що використовується - галій-арсенідний квантовий точковий контакт - відчуває електрон-фононне розсіювання, наслідки якого ми сприймаємо як нагрівання.
Коли квантовий точковий контакт (КТК) подають наносекундні імпульси струму, виникає екстремально потужне электрон-фононное розсіювання, яке, своєю чергою, народжує тяжіння між електронами в КТК, якою йде струм. Таким чином, електрони спонтанно утворюють вузьку нитку, в якій струм йде, незважаючи на нагрівання, а електронні стани напівпровідника, відповідальні за транспортування електронів, ренормалізуються.
Найнижче енергетичний з цих станів утворює піддіапазон, відокремлений від інших забороненою зоною, яка ширша, ніж напруга джерела струму, а отже, не може бути подолана, надійно ізолюючи піддіапазон.
Опір у проведеному експерименті перестав залежати від нагріву і широкому спектрі напруг залишалося порівняно постійним, причому для температур від 4,2 до 300 До (у перспективі цей діапазон, за словами вчених, може бути помітно розширений).
Подальша розробка цього напряму, вважають дослідники, допоможе створити наноелектроніку, дуже стійку до паразитного тепловиділення.
">