Lämpöä voidaan käyttää laskentaan

Fyysikot Martin Lutherin yliopistosta (MLU) ja kiinalaisesta Central South -yliopistosta ovat osoittaneet, että teknisten laitteiden lämpöä voidaan hyödyntää tietojenkäsittelyssä yhdistämällä tiettyjä materiaaleja.

Heidän löytönsä perustuu laajoihin laskelmiin ja simulaatioihin. Uusi lähestymistapa osoittaa, kuinka lämpösignaaleja voidaan ohjata ja vahvistaa käytettäväksi energiatehokkaassa informaationkäsittelyssä.

MLU:n fysiikan professori Jamal Berakdarin mukaan on äärimmäisen haastavaa yrittää hyödyntää hukkalämpöä elektroniikassa, koska lämpösignaaleja on vaikea ohjata ja hallita tarkasti. Molemmat ovat kuitenkin välttämättömiä, jos lämpösignaaleja halutaan käyttää datan luotettavaan käsittelyyn.

Berakdar teki laajoja laskelmia yhdessä Central South -yliopiston kahden kollegan kanssa. Idea: perinteisten elektronisten piirien sijaan käytetään johtamattomia magneettiliuskoja yhdessä tavallisten metallisten välikkeiden kanssa. "Tämä epätavallinen yhdistelmä mahdollistaa lämpösignaalien johtamisen ja vahvistamisen hallitusti tehostamaan loogisten laskentatoimintojen ja lämpödiodien toimintaa", Berakdar selittää.

Yksi uuden menetelmän haittapuoli on kuitenkin sen nopeus. "Tämä menetelmä ei tuota laskentanopeuksia, joita näemme nykyaikaisissa älypuhelimissa", Berakdar sanoo. Siksi uusi menetelmä on tällä hetkellä luultavasti vähemmän relevantti päivittäisessä elektroniikassa ja soveltuu paremmin seuraavan sukupolven tietokoneisiin, joita käytetään energian säästöön liittyvien laskelmien tekemiseen.

Vanderbiltin konetekniikan professorit Deyu Li ja Josh Caldwell ovat työryhmänsä kanssa löytäneet uuden lämmönsiirron kanavan käyttämällä fononisia polaritoneja.

On hyvin tunnettua, että elektronit ja atomivärähtelyt (fononit) ovat tärkeimpiä energian kantajia kiinteissä aineissa. Vanderbilt Universityn ja Oak Ridge National Laboratoryn (ORNL) tutkimusryhmät yllättyivät huomatessaan, että pintafononipolaritonit eli hybridi-kvasihiukkaset, jotka syntyvät infrapunavalon ja optisesti aktiivisten fononien välisestä kytkennästä, voivat edistää merkittävästi lämmönjohtavuutta polaaristen kiteiden ohuissa kalvoissa.

Tutkimusryhmä pystyi osoittamaan aiemmin ennustetusta ilmiöstä selkeitä lämmönjohtavuuden parannuksia piikarbidin nanolangoissa, joissa oli metallisia polaritonien tuottajia ja ilman niitä.

"Näiden polaritonien merkittävät lämmönsiirto-ominaisuudet voidaan muokata uusiksi jäähdytysstrategioiksi, jotka ovat kriittisiä monenlaisille teknologioille kulutuselektroniikasta tehokkaaseen rakennusympäristön hallintaan", Li sanoo.

"Olin innoissani nähdessäni, että ne voivat tarjota myös uuden lämmönpoistokanavan, joka avaa lisää vaikutusalueita, esimerkiksi ultranopean jäähdytyksen suurtaajuisissa ja suuritehoisissa elektronisissa laitteissa," Josh Caldwell sanoo yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheista aiemmin:

Lämmönsiirron hallintaa transistorilla

Elektroniaaltojen kuljettama lämpö