Lämpösähkön keruuta pii- ja kvanttisiruilta

Saksalaiset, italialaiset ja brittiläiset tutkijat ovat saavuttaneet huomattavan edistyksen sellaisten materiaalien kehittämisessä, jotka soveltuvat sirulla tapahtuvaan energiankorjuuseen.

Koostamalla piistä, germaniumista ja tinasta tehdyn seoksen he pystyivät luomaan lämpösähköisen materiaalin, joka lupaa muuttaa tietokoneiden prosessorien hukkalämmön takaisin sähköksi.

Koska kaikki alkuaineet tulevat jaksollisen taulukon 4. pääryhmästä, nämä uudet puolijohdeseokset voidaan helposti integroida sirujen valmistuksen CMOS-prosessiin.

Tutkimusyhteistyö Forschungszentrum Jülichin ja Leibniz Institute for High Performance Microelectronicsin sekä Pisan, Bolognan ja Leedsin yliopistojen kanssa saavutti nyt virstanpylvään sopivien materiaalien kehittämisessä sirulla tapahtuvalle energiankeruulle.

Julkaistu kokeellinen vahvistus vähäisestä hilan lämmönjohtavuudesta korostaa näiden GeSn-seosten suurta potentiaalia lämpösähköisinä materiaaleina. Ajatus tämän takana: Integroimalla nämä seokset piipohjaisiin tietokonesiruihin, on mahdollista hyödyntää käytön aikana syntyvä hukkalämpö ja muuttaa se takaisin sähköenergiaksi.

EPFL-insinöörit ovat puolestaan luoneet laitteen, joka voi tehokkaasti muuntaa lämmön sähköjännitteeksi kvanttilaskennan vaatimissa alhaisissa lämpötiloissa.

”Olemme ensimmäiset, jotka ovat luoneet laitteen, joka vastaa nykyisten teknologioiden muunnostehokkuutta, mutta joka toimii kvanttijärjestelmien vaatimissa pienissä magneettikentissä ja erittäin alhaisissa lämpötiloissa. Tämä työ on todella askel eteenpäin”, sanoo tohtoriopiskelija Gabriele Pasquale.

Kehitetty innovatiivinen ratkaisu yhdistää grafeenin erinomaisen sähkönjohtavuuden indiumselenidin puolijohdeominaisuuksiin. Vain muutaman atomin paksuisena se käyttäytyy kaksiulotteisena esineenä, ja tämä uusi materiaalien ja rakenteen yhdistelmä tuottaa ennennäkemättömän suorituskyvyn.

Laite hyödyntää Nernst-ilmiötä: monimutkaista lämpösähköistä ilmiötä, joka synnyttää sähköjännitteen, kun magneettikenttä kohdistetaan kohtisuoraan kohteeseen, jonka lämpötila vaihtelee. Laitteen kaksiulotteisuuden ansiosta tämän mekanismin tehokkuutta voidaan myös ohjata sähköisesti.

Fyysikko Pasquale korostaa, että tämä tutkimus on merkittävä, koska se valaisee lämpövoiman muuntamista alhaisissa lämpötiloissa – tähän asti vähemmän tutkittua ilmiötä. Korkean muunnostehokkuuden ja valmistettavissa olevien elektronisten komponenttien käytön vuoksi LANES-tiimi uskoo myös, että heidän laitteensa voitaisiin jo integroida olemassa oleviin matalan lämpötilan kvanttipiireihin.

Aiheesta aiemmin:

Kvanttirajaus parantaa lämpösähköilmiötä

Lämpösähköisiä nopeasti

Käytännöllisiä lämpösähkömateriaaleja