Как да се справим с прегряването на електрониката, без да се борим, Физика
Общност "Физика"
Как да се справим с прегряването на електрониката, без да се борим с него
На теория би било необходимо по някакъв начин да охладите вътрешностите на всички тези, които ядат вашето време. Но изследователи от Държавния университет на Ню Йорк в Бъфало (САЩ), ръководени от Джонатан Бърд, тръгнаха в точно обратната посока. Те създадоха полупроводниково наномащабно устройство от кристали на галиев арсенид, след което прокараха ток с относително високо напрежение през него. Очакваното се случи: количеството топлина, генерирано от устройството по време на работа, се увеличи драстично.
Защо тези господа се присмиваха на електрониката? Факт е, че прегряването, вместо деградация на устройството, предизвика преминаването му в квантово състояние, което го предпазва от ефектите на прегряване и превърна разработката в надежден канал за електрически ток, въпреки сериозното нагряване.
Как е възможно? Г-н Бърд прави аналогия с Ниагарския водопад: „Водата или енергията идва от външен източник – да кажем Големите езера. След това тя се втурва в тесен канал (река Ниагара) и накрая пада върху водопад. И на дъното, падащата вода разсейва енергията си, но за разлика от водопада, енергията, разсеяна в чипа, след това започва да циркулира отново през него като топлина, влияейки как точно топлината влияе (или, в този случай, не влияе) на работата на мрежата.
„Поставянето“ на електрически ток в тесен канал, въпреки че води до увеличаване на отделянето на топлина от конкретен нанотранзистор, не причинява спад в проводимостта на квантов точков контакт в необходимия температурен диапазон. (Илюстрация UB.)
Токът в устройството се "състои" от електрони, които спонтанно се организират в тясна проводяща нишка, преминаваща през нанопровода. И ако е топлозасяга само околността на тази нишка, но не и самата нея, ефектът от повишаването на температурата върху проводимостта ще бъде близо до нула.
Използваното устройство - квантов точков контакт на галий-арсенид - изпитва електрон-фононно разсейване, последствията от което възприемаме като нагряване.
Когато наносекундни токови импулси се прилагат към квантов точков контакт (CPC), възниква изключително мощно електрон-фононно разсейване, което от своя страна създава привличане между електроните в CPC, през които протича токът. По този начин електроните спонтанно образуват тясна нишка, в която тече ток въпреки нагряването и електронните състояния на полупроводника, отговорен за транспорта на електрони, се пренормират.
Най-ниската енергия от тези състояния образува подлента, отделена от другите чрез забранена лента, която е по-широка от напрежението на източника на ток и следователно не може да бъде преодоляна, като надеждно изолира подлентата.
Съпротивлението в експеримента престава да зависи от нагряването и остава относително постоянно в широк диапазон от напрежения, освен това за температури от 4,2 до 300 К (в бъдеще този диапазон, според учените, може да бъде значително разширен).
По-нататъшното развитие на тази посока, смятат изследователите, ще помогне за създаването на наноелектроника, която е много устойчива на паразитно отделяне на топлина.
">