I ricercatori dell'Università di Tokyo hanno annunciato un nuovo approccio per il raffreddamento elettrico senza la necessità di parti mobili. Applicando una tensione di polarizzazione ai pozzi quantistici realizzati con l'arseniuro di gallio e alluminio semiconduttore, si può far sì che gli elettroni disperdano parte del loro calore in un processo chiamato "raffreddamento evaporativo". I dispositivi basati su questo principio possono essere aggiunti ai circuiti elettronici utilizzando metodi di fabbricazione di semiconduttori convenzionali per aiutare smartphone e laptop a evitare problemi di prestazioni causati dalle alte temperature.

Come smartphone, compresse, e i laptop diventano più piccoli e più potenti, la possibilità di surriscaldamento diventa una preoccupazione sempre più pressante. Le ventole attualmente disponibili sono rumorose, ingombrante, e hanno parti mobili che possono guastarsi. Ora, scienziati dell'Istituto di Scienze Industriali, l'Università di Tokyo ha introdotto un nuovo, soluzione a stato solido composta da semiconduttori che può essere facilmente trasformata direttamente in smartphone o laptop.

"I moderni dispositivi portatili hanno consentito l'attuale rivoluzione dell'informazione, " spiega uno dei primi coautori, Marc Bescond. "Però, questa miniaturizzazione comporta sfide intrinseche dal calore di scarto prodotto. Il nostro nuovo sistema consente il raffreddamento su chip utilizzando processi di fabbricazione di semiconduttori standard".

I pozzi quantici sono strutture su nanoscala abbastanza piccole da intrappolare gli elettroni. Il tipo di pozzo quantistico utilizzato in questa ricerca è chiamato eterostruttura asimmetrica a doppia barriera. In questi dispositivi, pozzi di arseniuro di gallio molto stretti sono separati da strati di arseniuro di gallio di alluminio. Quando la tensione di polarizzazione applicata è uguale all'energia del livello quantico all'interno del pozzo, gli elettroni possono utilizzare il tunneling risonante per passare facilmente attraverso una barriera. Però, solo gli elettroni con energie cinetiche elevate potranno continuare oltre una seconda barriera. Poiché gli elettroni "più caldi" in rapido movimento sfuggono, mentre gli elettroni lenti "più freddi" rimangono intrappolati, il dispositivo diventa più freddo.

Questo "raffreddamento evaporativo" è analogo al processo che ti fa sentire freddo quando esci da una piscina. Le molecole d'acqua con più energia termica sono le prime ad evaporare sulla pelle, portando con sé il loro calore.

"Abbiamo raggiunto un raffreddamento degli elettroni fino a 50 gradi centigradi in condizioni ambientali. Questi risultati rendono i nostri dispositivi per pozzi quantistici promettenti per una gestione completa del calore nei dispositivi intelligenti, " afferma l'autore senior Kazuhiko Hirakawa. "I futuri smartphone potrebbero essere dotati di circuiti interni pieni di ancora più componenti, purché abbiano anche alcuni di questi pozzi quantici di raffreddamento".

L'opera è pubblicata in Comunicazioni sulla natura come "Raffreddamento evaporativo di elettroni in eterostrutture a semiconduttore a doppia barriera asimmetrica".