(PhysOrg.com) -- Università della California, Il professore di Riverside di ingegneria elettrica e cattedra di scienza e ingegneria dei materiali Alexander Balandin sta conducendo diversi progetti per esplorare modi per utilizzare le capacità uniche delle trapunte in grafene? come conduttori di calore nell'elettronica ad alta potenza.

Università della California, Il professore di ingegneria elettrica di Riverside (UCR) e cattedra di scienza e ingegneria dei materiali Alexander Balandin sta conducendo diversi progetti per esplorare modi per utilizzare le capacità uniche delle "trapunte" di grafene come conduttori di calore nell'elettronica ad alta potenza.

Il grafene è un cristallo di carbonio dello spessore di un singolo atomo scoperto di recente, che rivela molte proprietà uniche. Nei disegni di Balandin, Le "trapunte" di grafene (reti sovrapposte di grandi aree di fiocchi di grafene) svolgeranno un ruolo piuttosto opposto delle trapunte di tua nonna. Rimuoveranno il calore invece di trattenerlo.

Il suo lavoro sui rivestimenti termoconduttori di grafene per la rimozione del calore dai transistor al nitruro di gallio ad alta potenza è stato finanziato da $ 420 recentemente assegnati, 000 sovvenzione dall'Ufficio per la ricerca navale degli Stati Uniti (ONR). Mira a una dimostrazione sperimentale di proof-of-concept da condurre nel Nano-Device Laboratory (NDL) di Balandin.

Oltre al contributo ONR, Balandin ha ricevuto un nuovo subappalto triennale con l'Interconnect Focus Center (IFC), con sede presso il Georgia Institute of Technology, che si occupa di interconnessioni in grafene e diffusori di calore per l'elettronica tridimensionale (3-D). Secondo la Roadmap tecnologica internazionale per i semiconduttori, nei prossimi cinque anni, fino all'80% della potenza del microprocessore sarà consumato dal cablaggio di interconnessione, un driver per la ricerca di nuovi materiali di interconnessione e metodi innovativi di rimozione del calore.

Un altro recente subappalto assegnato a Balandin è con il centro Functional Engineered Nano Architectonics (FENA) con sede presso l'UCLA. In questo centro, indaga i problemi della dissipazione di energia nelle nanostrutture e nei nanodispositivi di grafene. Il nuovo finanziamento combinato assicurato da Balandin questo mese per i tre progetti supera il milione di dollari. Il finanziamento dei centri proviene dalla Semiconductor Research Corporation (SRC) e dalla Defense Advanced Research Project Agency (DARPA).

La maggior parte dell'attuale ricerca sul grafene si è concentrata sulle sue proprietà elettroniche e sul potenziale del grafene per i nanocircuiti ad alta velocità. Grazie alla sua struttura unica, gli elettroni viaggiano a velocità estremamente elevate attraverso di essa.

Balandin si sta concentrando su un'altra delle straordinarie proprietà del grafene:la sua straordinaria conduttività termica, che può essere utilizzato per la rimozione del calore nell'elettronica su scala nanometrica e 3-D. La maggiore velocità, densità di potenza più elevate e una maggiore residenza termica nei dispositivi all'avanguardia determinano lo sviluppo di punti caldi, degradazione delle prestazioni e rottura termica. L'approccio basato sul grafene proposto da Balandin per la gestione termica rappresenta un radicale allontanamento dai metodi convenzionali e potrebbe portare alla creazione di una nuova tecnologia per la diffusione dei punti caldi.

Poiché il grafene è spesso solo una molecola, non si prestava ai metodi tradizionali di misurazione della conducibilità termica. Balandin ha guidato un team di ricercatori che lo hanno misurato per la prima volta utilizzando una tecnica originale non convenzionale nel 2008. La procedura prevedeva un approccio senza contatto sulla base della spettroscopia Raman che utilizzava la diffusione anelastica dei fotoni (luce) da parte dei fononi (vibrazioni cristalline). La potenza dissipata nel grafene e il corrispondente aumento di temperatura sono stati rilevati da spostamenti estremamente piccoli nella lunghezza d'onda della luce diffusa dal grafene. Ciò è stato sufficiente per estrarre i valori della conducibilità termica attraverso un elaborato procedimento matematico.

Il gruppo di ricerca di Balandin ha scoperto che la conduttività termica di grandi fogli di grafene sospesi varia nell'intervallo da circa 3000 a 5300 W/mK (watt per metro per grado Kelvin) vicino alla temperatura ambiente. Sono valori molto alti, che superano quelli dei nanotubi di carbonio (3, 000-3, 500 W/mK) e diamante (1, 000-2, 200 W/mK).

A seguito delle sue scoperte, Balandin ha proposto diversi approcci innovativi a base di grafene per la gestione termica, che potrebbe portare alla creazione di una nuova tecnologia per il raffreddamento locale e la diffusione di punti caldi nei chip ad alta densità di potenza e ultraveloci. Una descrizione dettagliata della ricerca sul grafene e sulla gestione termica di Balandin può essere trovata nel suo articolo di divulgazione scientifica invitato, "Raffreddare, ” nel numero di ottobre 2009 di Spettro IEEE , la rivista dell'Istituto degli ingegneri elettrici ed elettronici (IEEE).