Man mano che l'elettronica di consumo diventa sempre più compatta, pur vantando una maggiore potenza di elaborazione, la necessità di gestire il calore di scarto dei microcircuiti è cresciuta fino a diventare una delle principali preoccupazioni.

Alcuni strumenti scientifici e macchine su scala nanometrica richiedono un'attenta considerazione di come il calore localizzato verrà deviato fuori dal dispositivo per evitare danni.

Un certo raffreddamento si verifica quando il calore viene irradiato sotto forma di onde elettromagnetiche, in modo simile a come l'energia del sole raggiunge la Terra attraverso il vuoto dello spazio. Tuttavia, la velocità del trasferimento di energia può essere troppo lenta per proteggere le prestazioni dei circuiti elettronici integrati sensibili e densamente popolati.

Per poter sviluppare la prossima generazione di dispositivi, potrebbe essere necessario stabilire nuovi approcci per affrontare il problema della trasmissione del calore.

In uno studio recentemente pubblicato sulla rivista Physical Review Letters , i ricercatori dell'Istituto di Scienze Industriali dell'Università di Tokyo, hanno mostrato come la velocità di trasferimento del calore radiativo può essere raddoppiata tra due piastre di silicio su microscala separate da un minuscolo spazio.

La chiave è stata l'utilizzo di un rivestimento di biossido di silicio che creava un accoppiamento tra le vibrazioni termiche della piastra in superficie (chiamate fononi) e i fotoni (che compongono la radiazione).

"Siamo stati in grado di mostrare sia teoricamente che sperimentalmente come le onde elettromagnetiche vengono eccitate all'interfaccia dello strato di ossido, aumentando la velocità di trasferimento del calore", afferma l'autore principale dello studio, Saeko Tachikawa.

La piccola dimensione degli strati rispetto alle lunghezze d'onda dell'energia elettromagnetica e il suo fissaggio alla piastra di silicio, che trasporta l'energia senza perdite, ha permesso al dispositivo di superare i normali limiti di trasferimento di calore e quindi di raffreddarsi più velocemente.

Poiché l'attuale microelettronica è già basata sul silicio, i risultati di questa ricerca potrebbero essere facilmente integrati nelle future generazioni di dispositivi a semiconduttore.

"Il nostro lavoro fornisce informazioni sulle possibili strategie di gestione della dissipazione del calore nell'industria dei semiconduttori, insieme a vari altri campi correlati come la produzione nanotecnologica", afferma l'autore senior, Masahiro Nomura.

La ricerca aiuta anche a stabilire una migliore comprensione fondamentale di come funziona il trasferimento di calore a livello di nanoscala, poiché questa è ancora un'area di ricerca attiva.