La longevità dei dispositivi elettronici è testata in molti modi poiché sopportano i rigori dell'uso quotidiano. Anche quando sono trattati con la massima cura, hanno ancora una grande sfida da superare:la rimozione del calore.

Per alleviare questo problema, L'assistente professore ECE Junxia "Lucy" Shi e il suo team di ricercatori nel Laboratorio di materiali e dispositivi semiconduttori avanzati presso l'UIC si stanno concentrando sull'utilizzo di un nuovo metodo per raffreddare gli hotspot nell'elettronica e catturare il calore disperso da utilizzare per alimentare i dispositivi. La nuova tecnica ha inoltre il potenziale per espandere la longevità dei componenti elettronici.

I risultati della loro ricerca sono stati recentemente pubblicati su prestigiose riviste Rapporti scientifici e Materiali per la revisione fisica .

I dispositivi elettronici vengono miniaturizzati, e producono molto calore quando trasportano correnti. Se il calore non viene estratto dal dispositivo, ridurrà la durata operativa. Le attuali tecniche di raffreddamento sono efficienti solo quando il calore è vicino alla superficie. All'interno di un chip ci sono posti chiamati "hotspot, " che sono zone di alte temperature localizzate.

"Questi sono da evitare, altrimenti creano guasti." ha detto Shi. "Le nostre applicazioni mirate sono sensori di calore, convertitori di energia, ecc. Vogliamo essere in grado di misurare il calore generato nei dispositivi se lo si desidera, o meglio ancora, estrarre quel calore e convertirlo in elettricità."

"Quello che stiamo cercando di fare qui è utilizzare la proprietà intrinseca del materiale in tandem con le moderne tecniche di raffreddamento termico allo stato solido per espellere più calore dal dispositivo, " ha affermato il ricercatore post-dottorato Parijat Sengupta, che sta lavorando sotto la direzione di Shi. "Stiamo esaminando la disposizione interna degli elettroni, come eseguono il movimento all'interno del cristallo, e come il movimento dia origine a un certo tipo di campo magnetico, che non viene applicato dall'esterno. È come avere un campo magnetico interno che crea un'ulteriore via per espellere più calore dal dispositivo".

I ricercatori hanno teoricamente quantificato quanto calore può essere guidato, e hanno scoperto che si produce molto calore, e l'energia può essere raccolta.

"Fai passare la corrente attraverso un dispositivo, quindi stai applicando la tensione e, a sua volta, stai ricevendo calore, che di solito va sprecato. Stiamo cercando di usare quel calore in più modi, " disse Shi.

"Il calore può essere sfruttato azionando un generatore di energia termica, dove il calore produce di nuovo elettricità, " disse Sengupta. "Inoltre, possiamo usare il calore per guidare "correnti di spin, ' che è l'attributo interno dell'elettrone."

"Spinti dalla motivazione a fare la raccolta di energia, abbiamo scelto un materiale in cui si può avere un impulso extra dalla disposizione interna del materiale di atomi ed elettroni e vedere quali sono le configurazioni sperimentali ottimali che possiamo cercare per massimizzare il flusso di calore, " ha aggiunto Sengupta.

I ricercatori stanno utilizzando generatori di energia termica da un punto di vista applicativo a causa del calore che può estrarre e azionare un altro generatore. Ci sono due effetti chiamati effetto Seebeck e effetto Peltier, che sono in gioco nella ricerca.

"Se guido il calore attraverso questo materiale, questo creerà un gradiente di temperatura e questo darà origine a una tensione che puoi utilizzare per qualcos'altro. Questo è l'obiettivo principale in mente, " ha detto Sengupta. "Il secondo è la corrente di spin. Abbiamo introdotto lo spin degli elettroni nel nostro lavoro. Questo è ciò che rende questa ricerca interessante".
Scopri di più sulla professoressa Shi e sulla sua ricerca all'Advanced Semiconductor Materials and Devices Laboratory.