Lavorare per affrontare gli "hotspot" nei chip dei computer che ne degradano le prestazioni, Gli ingegneri dell'UCLA hanno sviluppato un nuovo materiale semiconduttore, arseniuro di boro privo di difetti, che è più efficace nel prelevare e dissipare il calore di scarto rispetto a qualsiasi altro semiconduttore noto o materiali metallici.

Ciò potrebbe potenzialmente rivoluzionare i progetti di gestione termica per processori di computer e altri dispositivi elettronici, o per dispositivi basati sulla luce come i LED.

Lo studio è stato recentemente pubblicato su Scienza ed è stato guidato da Yongjie Hu, UCLA assistente professore di ingegneria meccanica e aerospaziale.

I processori dei computer hanno continuato a ridursi fino a dimensioni nanometriche dove oggi possono esserci miliardi di transistor su un singolo chip. Questo fenomeno è descritto dalla legge di Moore, che prevede che il numero di transistor su un chip raddoppierà circa ogni due anni. Ogni generazione più piccola di chip aiuta a rendere i computer più veloci, più potente e in grado di fare più lavoro. Ma fare più lavoro significa anche generare più calore.

La gestione del calore nell'elettronica è diventata sempre più una delle maggiori sfide nell'ottimizzazione delle prestazioni. Il calore elevato è un problema per due motivi. Primo, man mano che i transistor si riducono di dimensioni, più calore viene generato all'interno della stessa impronta. Questo calore elevato rallenta la velocità del processore, in particolare negli "hotspot" sui trucioli dove il calore si concentra e le temperature salgono. Secondo, viene utilizzata molta energia per mantenere freschi quei processori. Se le CPU non si sono surriscaldate in primo luogo, allora potrebbero lavorare più velocemente e sarebbe necessaria molta meno energia per mantenerli freschi.

Lo studio UCLA è stato il culmine di diversi anni di ricerca di Hu e dei suoi studenti che includevano la progettazione e la realizzazione dei materiali, modellazione predittiva, e misurazioni di precisione delle temperature.

L'arseniuro di boro privo di difetti, che è stato realizzato per la prima volta dal team UCLA, ha una conducibilità termica record, più di tre volte più veloce nella conduzione del calore rispetto ai materiali attualmente utilizzati, come carburo di silicio e rame, in modo che il calore che altrimenti si concentrerebbe nei punti caldi viene rapidamente espulso.

"Questo materiale potrebbe aiutare a migliorare notevolmente le prestazioni e ridurre la domanda di energia in tutti i tipi di elettronica, dai piccoli dispositivi alle più avanzate apparecchiature informatiche per data center, " Ha detto Hu. "Ha un eccellente potenziale per essere integrato negli attuali processi di produzione grazie alle sue proprietà di semiconduttori e alla capacità dimostrata di ampliare questa tecnologia. Potrebbe sostituire gli attuali materiali semiconduttori per computer e rivoluzionare l'industria elettronica".

Gli altri autori dello studio sono studenti laureati dell'UCLA nel gruppo di ricerca di Hu:Joonsang Kang, uomo Li, Huan Wu, e Huuduy Nguyen.

Oltre all'impatto per i dispositivi elettronici e fotonici, lo studio ha anche rivelato nuove intuizioni fondamentali sulla fisica di come il calore scorre attraverso un materiale.

"Questo successo esemplifica il potere di combinare esperimenti e teoria nella scoperta di nuovi materiali, e credo che questo approccio continuerà a spingere le frontiere scientifiche in molti settori, compresa l'energia, elettronica, e applicazioni fotoniche, "Ha detto Hu.