I ricercatori che lavorano a un progetto dell'esercito hanno sviluppato interruttori termici su scala nanometrica che sono fondamentali per la gestione termica dei dispositivi su scala nanometrica, refrigerazione, archivio dati, calcolo termico e gestione del calore degli edifici.

Il giornale Nanotecnologia della natura ha pubblicato uno studio finanziato dall'esercito dei ricercatori dell'Università del Michigan che ha mostrato per la prima volta come è possibile costruire un interruttore termico su nanoscala impiegando effetti su scala nanometrica che si verificano quando il calore viene trasferito tra una membrana spessa su nanoscala calda e fredda tramite radiazione termica.

Rispetto alla vasta gamma di dispositivi, come transistor e diodi disponibili per controllare il flusso di elettricità, esistono attualmente pochissime proposte per il controllo del flusso di calore, soprattutto su scala nanometrica. Per superare questa sfida, i ricercatori hanno esplorato fenomeni su scala nanometrica che potrebbero consentire nuovi dispositivi termici funzionali.

"È emozionante vedere gli investimenti dell'esercito nella ricerca di base che portano alla scoperta di nuovi effetti e dimostrazioni concettuali di nuovi dispositivi termici, " ha detto il dottor Chakrapani Varanasi, un responsabile di programma presso l'Ufficio di ricerca dell'esercito, un elemento del laboratorio di ricerca dell'esercito del comando di sviluppo delle capacità di combattimento dell'esercito degli Stati Uniti. "Questi risultati possono avere un forte impatto sulla gestione termica per i computer di prossima generazione per i militari".

La strategia di modernizzazione della rete dell'esercito è progettata per consentire all'esercito di combattere stanotte, cercando anche attivamente soluzioni di prossima generazione per stare al passo con potenziali avversari.

Una scoperta del 2018 del team di ricerca, che ha evidenziato come il calore viene trasportato in direzioni preferenziali da membrane su scala nanometrica, guidato il dottor Dakotah Thompson, l'autore principale dello studio del 2018, per iniziare a esplorare potenziali applicazioni.

"Dopo averci pensato, ci è apparso evidente che potremmo potenzialmente creare un interruttore termico controllando le proprietà di emissione delle nanomembrane portando un terzo oggetto nelle immediate vicinanze della nanomembrana, " ha detto il dottor Edgar Meyhofer, professore di ingegneria meccanica all'Università del Michigan.

Per verificare questa ipotesi, Thompson ha sviluppato uno schema in cui un oggetto planare può essere portato in prossimità (micron) di due membrane complanari che scambiavano calore.

"Per raggiungere questo ambizioso obiettivo, Ho nanofabbricato sia dispositivi calorimetrici sospesi che avevano una risoluzione calorimetrica senza precedenti sia un oggetto planare a forma di mesa, e ha controllato la separazione tra loro utilizzando un nanoposizionatore sviluppato su misura, "ha detto Thompson.

Da questi esperimenti gli autori potrebbero dimostrare che il trasferimento di calore tra membrane su nanoscala può essere attivato e disattivato semplicemente modificando la separazione tra le membrane e la mesa planare.

Al fine di effettuare previsioni numeriche precise delle osservazioni sperimentali, Dott. Linxiao Zhu, un borsista post-dottorato al Michigan, e Thompson hanno eseguito calcoli dettagliati che hanno mostrato come le osservazioni possono essere correlate quantitativamente a come la propagazione della luce, che è portatore di calore, da una membrana all'altra è ostacolata dalla mesa planare che può assorbire la luce che si propaga tra le membrane o rifletterla lontano dalle membrane.