Transstor termal de estado slido controla eletricamente o fluxo de calor

Eletrnica

Redação do Site Inovação Tecnológica – 17/11/2023

Transstor termal

Um novo tipo de transstor termal – o primeiro do seu tipo em nanoescala – controla o calor em vez da eletricidade, e com a vantagem de que o fluxo de calor atravs do semicondutor controlado eletricamente. Em outras palavras, o componente permite ligar e desligar a passagem do calor.

Com velocidade e desempenho mximos, o transstor termal visto como a melhor sada para o gerenciamento de calor nos chips de computador porque seu projeto igualmente miniaturizado, mais ainda do que o primeiro transstor trmico de estado slido apresentado por pesquisadores japoneses no incio deste ano. Na verdade, ao chegar ao nvel atmico explorando a engenharia molecular, este novo componente poder at mesmo aprofundar a compreenso de como o calor regulado no corpo humano.

E, claro, h a fonnica, ou eletrnica do calor, que pode ir alm do gerenciamento trmico de chips.

“Controlar precisamente como o calor flui atravs dos materiais tem sido um sonho antigo, mas ilusrio, para fsicos e engenheiros,” disse o professor Yongjie Hu, da Universidade da Califrnia de Los Angeles. “Este novo princpio de design d um grande salto nessa direo, pois gerencia o movimento do calor com a comutao liga-desliga de um campo eltrico, assim como tem sido feito com os transistores eltricos h dcadas.”

Transstor para controlar o calor

O transstor eltrico tradicional o bloco de construo fundamental da moderna tecnologia da informao. Quando um campo eltrico aplicado atravs dele, o componente regula como a eletricidade (na forma de eltrons) se move atravs do chip. Mas isso gera calor, que aumenta conforme os transistores tm sido miniaturizados e adensados dentro dos chips. Os dissipadores de calor convencionais retiram passivamente o calor dos pontos mais quentes, mas continua sendo um desafio encontrar um controle mais dinmico para regular ativamente o calor dentro dos processadores.

O melhor caminho est no controle da condutividade trmica dos materiais, mas as solues encontradas at agora envolvem peas mveis, movimentos inicos ou componentes de solues lquidas, tudo complicado, grande e pouco confivel.

a que entra o novo transistor trmico, que possui um efeito de campo (modulao da condutividade trmica de um material pela aplicao de um campo eltrico externo), totalmente de estado slido (sem partes mveis) e tem compatibilidade total com os circuitos integrados e com os processos de fabricao de semicondutores. O projeto do componente incorpora o efeito de campo na dinmica de carga em uma interface atmica, usando uma potncia insignificante para chavear ou amplificar continuamente um fluxo de calor.

E, mesmo em escala de prottipo, o componente j alcanou um alto desempenho, com uma velocidade de comutao de mais de 1 megahertz, ou 1 milho de ciclos por segundo, ajuste da condutncia trmica de 1.300% e desempenho confivel em mais de 1 milho de ciclos de comutao.

Como funciona o transstor de calor

O transstor termal formado por uma interface molecular automontada que funciona como um canal para o movimento do calor, que flui atravs dos primeiros dois eletrodos. Ligar e desligar um campo eltrico atravs de um terceiro terminal, por sua vez, controla a resistncia trmica atravs do canal, permite assim que o calor se mova atravs da interface atmica com preciso.

Os pesquisadores validaram o desempenho do transstor com experimentos de espectroscopia e ainda realizaram clculos tericos de primeiros princpios que levaram em conta os efeitos de campo nas caractersticas dos tomos e molculas da interface. O nvel de preciso tamanho que a equipe afirma que, alm da eletrnica, o dispositivo pode ajudar a estudar os mecanismos de movimento do calor at mesmo em clulas vivas.

“Este trabalho o resultado de uma colaborao incrvel, na qual fomos capazes de aproveitar nossa compreenso detalhada de molculas e interfaces para dar um grande passo no controle de propriedades importantes de materiais com potencial de impacto no mundo real,” disse o professor Paul Weiss. “Conseguimos melhorar a velocidade e o tamanho do efeito de comutao trmica em ordens de grandeza em relao ao que era possvel anteriormente.”

Outras notcias sobre:

Mais tópicos