Halsey Andrews Nanotechnologia wywarła ogromny wpływ na przemysł półprzewodników, umożliwiając produkcję tranzystorów o wielkości zaledwie kilku nanometrów. Chociaż miniaturyzacja elementów elektronicznych zwiększyła gęstość tranzystorów, zwiększyła również wytwarzanie ciepła.
Aby temu zaradzić, obecna technologia termiczna opiera się na termoelektrycznych urządzeniach chłodzących, chłodnicach cieczy i radiatorach do rozpraszania ciepła. Jednak wyobrażamy sobie przyszłość, w której nanotechnologia będzie odgrywać kluczową rolę w opracowywaniu zminiaturyzowanych urządzeń chłodzących i zbierających energię, które można bezproblemowo zintegrować z obwodami elektronicznymi. Ta wiedza motywuje nasze badania i rozwijamy tę dziedzinę, badając nowe nanomateriały i struktury urządzeń do wydajnego zarządzania ciepłem i pozyskiwania energii.
Jak możemy kontrolować wytwarzanie ciepła w nowy sposób?
Manipulowanie zasobami kwantowymi w przemyśle elektronicznym ma ogromny potencjał do budowy innowacyjnych urządzeń służących do kontrolowania wytwarzania ciepła. Rozwój w tej dziedzinie opiera się w dużej mierze na podstawach teoretycznych i podstawowych zasadach projektowania, które obejmują teorię otwartych systemów kwantowych. Dzięki lepszemu zrozumieniu tych koncepcji naukowcy mogą tworzyć szybsze i wydajniejsze strategie chłodzenia najnowocześniejszej elektroniki.
Jednak potrzebne są szeroko zakrojone badania, aby w pełni ustalić teorię przenoszenia energii w urządzeniach termicznych, zwłaszcza gdy takie systemy są silnie związane z otaczającym je środowiskiem. Zanim modele urządzeń termicznych zostaną wprowadzone na etap produkcji, konieczne jest dogłębne zbadanie obszaru kwantowego zarządzania ciepłem.
Jednym z przykładów otwartego systemu kwantowego jest tranzystor termiczny, który oddziałuje z zestawem łaźni termicznych. Układy dwupoziomowe reprezentują zaciski tranzystora. W termicznym tranzystorze kwantowym trzy takie systemy oddziałują z trzema basenami termicznymi o różnych temperaturach, które są bezpośrednio połączone. Po skonfigurowaniu tranzystor termiczny zachowuje się podobnie do tranzystora elektronicznego. Łącząc wiele tranzystorów termicznych za pomocą kąpieli, badacze mogą stworzyć system wielotranzystorowy z możliwością generowania różnych izotopów termicznych dla elektroniki.
Nowa perspektywa dla przyszłości przemysłu elektronicznego
Jak wyszczególniono w badaniach opublikowanych w ocena fizyczna bopracowaliśmy nowy teoretyczny model sterowania energią cieplną z wykorzystaniem struktury wielotranzystorowej, który umożliwia kierowanie przepływu ciepła w postaci energii elektrycznej. W przeciwieństwie do poprzednich badań, które wykorzystywały pojedyncze struktury, wykorzystaliśmy pętle systemów dwupoziomowych połączonych z różnymi basenami, aby zrealizować nasz model, który zwiększył zdolność do wzmacniania prądów konwekcyjnych.
Nasz model jest wydajny, ponieważ można go umieścić na podłożu, otwierając drogę do praktycznego zaprojektowania kwantowego tranzystora termicznego. Zbadaliśmy, w jaki sposób można wykorzystać powszechne wpływy środowiskowe i techniki inżynierii zbiornikowej do generowania stanów ciemnych, co prowadzi do realizacji termicznych bramek logicznych.
Chociaż nasze badania nadal koncentrują się na eksperymentalnej implementacji tych modeli, mogą one zrewolucjonizować sposób, w jaki podchodzimy do wydajnego zarządzania ciepłem w nowoczesnej elektronice. Działanie włączania/wyłączania tych tranzystorów termicznych można wykorzystać do chłodzenia obwodów elektronicznych, co stanowi nowy efekt dla przyszłej elektroniki.
Ta historia jest częścią Dialog naukowy Xgdzie badacze mogą zgłaszać wyniki swoich opublikowanych artykułów naukowych. Odwiedź tę stronę Aby uzyskać informacje na temat ScienceX Dialog i sposobu uczestnictwa.
więcej informacji:
Uthpala N. Ekanayake i in., Engineered co-environmental Effects on Multiple Tranzystory Systems, ocena fizyczna b (2023). DOI: 10.1103/PhysRevB.107.075440
Ravi T Wijeskara i in., Darlington Pair of Quantum Thermocouple Transistors, ocena fizyczna b (2021). DOI: 10.1103/PhysRevB.104.045405
biografia:
Uthpala Nivandani Ekanayake ma tytuł licencjata. Inżynieria elektryczna i elektroniczna (pierwsza klasa z wyróżnieniem) z University of Peradeniya, Sri Lanka. Obecnie jest doktorantką i członkiem Laboratorium Zaawansowanych Obliczeń i Symulacji (qdresearch.net/) na Wydziale Inżynierii Systemów Elektrycznych i Komputerowych Monash University w Australii pod kierunkiem prof. Malina Premratne.
Malin Premaratne ma kilka stopni na Uniwersytecie w Melbourne, w tym Bachelor of Science. z matematyki, BEng (z wyróżnieniem pierwszej klasy) i doktorat odpowiednio w 1995, 1995 i 1998. Od 2004 roku kieruje programem badawczym w zakresie zastosowań obliczeń o wysokiej wydajności do symulacji złożonych systemów w Laboratorium Zaawansowanych Obliczeń i Symulacji na Uniwersytecie Monash w Clayton. Obecnie jest wiceprzewodniczącym Rady Naukowej Uniwersytetu Monash i profesorem. Oprócz pracy na Uniwersytecie Monash, profesor Primaratne jest także wykładowcą wizytującym w kilku prestiżowych instytucjach, w tym JPL w Caltech, University of Melbourne, Australian National University, University of California Los Angeles, University of Rochester New York i University of Oxford . Opublikował ponad 250 artykułów w recenzowanych czasopismach, dwie książki i pracował jako zastępca redaktora w kilku czołowych czasopismach akademickich, w tym Komunikaty technologii optycznej IEEEI Dziennik fotoniki IEEEI Postępy OSA w optyce i fotonice. Wkład profesora Premaratne w dziedzinie optyki i fotoniki został doceniony przez kilka stypendiów, w tym Fellow of the Optical Society of America (FOSA), Optical Instrumentation Engineers USA (FSPIE), UK Institute of Physics (FInstP) i UK Institute of Engineering and Technology United (FIET) oraz Australian Institution of Engineers (FIEAust).
