Un team di ricercatori ha scoperto un modo per raffreddare gli elettroni a -228 °C senza mezzi esterni e a temperatura ambiente, un progresso che potrebbe consentire ai dispositivi elettronici di funzionare con pochissima energia.

Il processo prevede il passaggio di elettroni attraverso un pozzo quantico per raffreddarli e impedirne il riscaldamento.

Il team dettaglia la sua ricerca in "Trasporto di elettroni freddi filtrati con energia a temperatura ambiente, "che è pubblicato in Comunicazioni sulla natura di mercoledì, 10 settembre.

"Siamo i primi a raffreddare efficacemente gli elettroni a temperatura ambiente. I ricercatori hanno già fatto il raffreddamento degli elettroni, ma solo quando l'intero dispositivo è immerso in un bagno di raffreddamento estremamente freddo, " disse Seong Jin Koh, professore associato presso UT Arlington nel dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali, chi ha condotto la ricerca. "Ottenere elettroni freddi a temperatura ambiente ha enormi vantaggi tecnici. Ad esempio, il requisito di utilizzare elio liquido o azoto liquido per raffreddare gli elettroni in vari sistemi di elettroni può essere sollevato."

Gli elettroni sono eccitati termicamente anche a temperatura ambiente, che è un fenomeno naturale. Se quell'eccitazione elettronica potesse essere soppressa, quindi la temperatura di quegli elettroni potrebbe essere effettivamente abbassata senza raffreddamento esterno, ha detto Koh.

Il team ha utilizzato una struttura su nanoscala, che consiste in un array sequenziale di un elettrodo sorgente, un pozzo quantico, una barriera di tunnel, un punto quantico, un'altra barriera di tunnel, e un elettrodo di drenaggio - per sopprimere l'eccitazione degli elettroni e per raffreddare gli elettroni.

Gli elettroni freddi promettono un nuovo tipo di transistor in grado di funzionare a un consumo energetico estremamente basso. "L'implementazione delle nostre scoperte per la fabbricazione di transistor ad alta efficienza energetica è attualmente in corso, " Ha aggiunto Ko.

Khosrow Behbehani, decano dell'UT Arlington College of Engineering, ha affermato che questa ricerca è rappresentativa del ruolo dell'Università nel promuovere innovazioni a beneficio della società, come la creazione di tecnologie verdi efficienti dal punto di vista energetico per le generazioni attuali e future.

"Il Dr. Koh e il suo team di ricerca stanno sviluppando soluzioni reali per una sfida globale critica di utilizzare l'energia in modo efficiente e sviluppare una tecnologia elettronica efficiente dal punto di vista energetico che andrà a beneficio di tutti noi ogni giorno, " Behbehani ha detto. "Applaudiamo il Dr. Koh per i risultati di questa ricerca e attendiamo con impazienza le future innovazioni che guiderà".

Usha Varshney, direttore del programma presso la Direzione per l'ingegneria della National Science Foundation, che ha finanziato la ricerca, ha detto che i risultati della ricerca potrebbero essere vasti.

"Quando implementato nei transistor, questi risultati della ricerca potrebbero potenzialmente ridurre il consumo energetico dei dispositivi elettronici di oltre 10 volte rispetto alla tecnologia attuale, " ha detto Varshney. "Dispositivi elettronici personali come smartphone, iPad, eccetera., può durare molto più a lungo prima di ricaricarsi."

Oltre alle potenziali applicazioni commerciali, ci sono molti usi militari per la tecnologia. Le batterie pesano molto, e un minor consumo di energia significa ridurre il peso della batteria delle apparecchiature elettroniche che i soldati stanno trasportando, che migliorerà la loro capacità di combattimento. Altre potenziali applicazioni militari includono l'elettronica per sensori remoti, veicoli aerei senza equipaggio e computer ad alta capacità nelle operazioni a distanza.

La ricerca futura potrebbe includere l'identificazione di elementi chiave che consentiranno di raffreddare ulteriormente gli elettroni. La sfida più importante di questa ricerca futura è impedire all'elettrone di acquisire energia mentre viaggia attraverso i componenti del dispositivo. Ciò richiederebbe una ricerca su come bloccare efficacemente i percorsi di acquisizione di energia.