Yllätys lämmönsiirrossa voi johtaa lämpötransistoreihin

17.09.2018

Michigan-heat-transfer-surprise-300-t.jpgElektronimikroskoopin kuva kokeellisesta asetelmasta kahdella 0,06 x 0,08 millimetrin levyllä. Ohuimmilla levyillä, joiden paksuus oli vain 0,00027 milliä, niiden välinen lämpövirtaus oli sata kertaa odotettua suurempi

Sata kertaa enemmän lämpöä kuin standardi säteilyteoria ennustaa voi kulkea kahden nanomittakaavan esineen välillä ja jopa suuremmilla kuin nanomittakaan etäisyyksillä.

Uusilla tuloksilla voisi olla vaikutuksia aurinkokennoihin, materiaaleihin, jotka käyttäytyvät kuin yksisuuntaiset venttiilit lämpövirtaukselle ja ehkä jopa lämpöön perustuvalle tietojenkäsittelyalustalle.

Joku vuosi sitten Michiganin yliopiston professorit Pramod Reddy ja Edgar Meyhofer olivat johtaneet tutkimusta, joka osoitti, että lämpö voi kulkea 10 000 kertaa nopeammin nanomittaisten rakojen välillä. Rako oli pienempi kuin säteilyn hallitseva aallonpituus. Suuremmilla erotuksilla tämä mekanismi ei toiminut.

Nyt tehdyssä koeasetelmassa levyjen paksuus oli välillä 270 - 10 000 nanometriä. Ne sijoitettiin erittäin kapean raon päähän toisistaan.

Esimerkiksi luottokortin kokoisessa ja muotoisessa levyssä lämpö säteilee tavallisesti kustakin kuudesta sivusta suhteessa pinta-alaan. Mutta kun rakenteet ovat erittäin ohuita - ohuimmillaan noin puolet vihreän valon aallonpituudesta - nämä reunat vapautuivat ja absorboivat paljon enemmän lämpöä kuin odotettiin.

Syvällisempi pohdinta ja mallintaminen vahvistivat, että satakertainen lisäys lämpövirrassa johtuu siitä, että aallot kulkevat rinnakkain levyjen pitempien ulottuvuuksien kanssa ja lämpö ampuu reunoista ulos. Myös energian absorbointi toimii samalla tavalla samanlaisilla levyillä.

Koska vaikutus on voimakkain mikro- ja nanomitoilla uudella nanoteknologian kentällä tämä idea saattaa tulla käyttöön joissain laitteissa.

Ryhmän ehdottamat esimerkit ovat lämmönvirtauksen hallitseminen samalla tavoin kuin elektronien hallitseminen elektroniikan avulla, jolloin syntyisi lämpötransistoreita ja diodeja seuraavan sukupolvien tietokoneille ja laitteille.

Pramod Reddy huomauttaa, että lämpötietokone olisi hitaampi ja suurempi kuin sähköinen versio, mutta hän uskoo, että se saattaa olla parempi tietyissä tilanteissa, kuten korkeissa lämpötiloissa, joissa tavanomainen elektroniikka ei kestä.

Aiheesta aiemmin:

Tutkijat kehittävät elektroniikan lämpökytkintä

12.12.2019Hiili ja pii jakavat ja yhdistävät fotoneja
11.12.2019Timanttien avulla parempia superkonkkia
10.12.2019Sähköis-optista tietotekniikkaa
09.12.2019Lämpösähköä hiilinanoputkilla
09.12.2019Valokuitua selluloosasta
05.12.2019Näppärä terahertsinen tekniikka
04.12.2019Palamattomia litium-akkuja
03.12.2019Bittejä ja simulointia atomien mittakaavassa
02.12.2019Metallijohde Cooperin pareilla
29.11.2019Plasmoniikan avulla edullinen monispektrikamera

Siirry arkistoon »