Onderzoekers van de Universiteit van Tokyo hebben een nieuwe aanpak aangekondigd voor elektrische koeling zonder bewegende delen. Door een voorspanning toe te passen op kwantumputten gemaakt van het halfgeleider aluminium galliumarsenide, elektronen kunnen worden gemaakt om een ​​deel van hun warmte af te geven in een proces dat 'verdampingskoeling' wordt genoemd. Apparaten op basis van dit principe kunnen worden toegevoegd aan elektronische printplaten met behulp van conventionele fabricagemethoden voor halfgeleiders om smartphones en laptops te helpen prestatieproblemen veroorzaakt door hoge temperaturen te voorkomen.

als smartphones, tabletten, en laptops worden kleiner en krachtiger, de mogelijkheid van oververhitting wordt een steeds dringender probleem. Momenteel beschikbare ventilatoren zijn luidruchtig, omvangrijk, en bewegende delen hebben die kunnen falen. Nutsvoorzieningen, wetenschappers van het Instituut voor Industriële Wetenschappen, de Universiteit van Tokyo hebben een nieuwe, solid-state oplossing gemaakt van halfgeleiders die gemakkelijk rechtstreeks in smartphones of laptops kunnen worden verwerkt.

"Moderne draagbare apparaten hebben de huidige informatierevolutie mogelijk gemaakt, " legt een van de eerste co-auteurs uit, Marc Bescond. "Echter, deze miniaturisering brengt inherente uitdagingen met zich mee door de geproduceerde restwarmte. Ons nieuwe systeem maakt koeling op de chip mogelijk met behulp van standaard fabricageprocessen voor halfgeleiders."

Quantumbronnen zijn structuren op nanoschaal die klein genoeg zijn om elektronen op te vangen. Het type kwantumbron dat in dit onderzoek wordt gebruikt, wordt een asymmetrische heterostructuur met dubbele barrière genoemd. Bij deze apparaten zeer smalle galliumarsenideputten worden gescheiden door lagen aluminiumgalliumarsenide. Wanneer de aangelegde voorspanning gelijk is aan de energie van het kwantumniveau in de put, elektronen kunnen resonante tunneling gebruiken om gemakkelijk door een barrière te gaan. Echter, alleen de elektronen met hoge kinetische energieën zullen een tweede barrière kunnen passeren. Omdat de "hetere" snel bewegende elektronen ontsnappen, terwijl de "koelere" langzame elektronen vast komen te zitten, het apparaat wordt kouder.

Deze "verdampingskoeling" is analoog aan het proces waarbij je het koud krijgt als je uit een zwembad stapt. De watermoleculen met de meeste thermische energie verdampen als eerste van je huid, nemen hun warmte met zich mee.

"We hebben elektronenkoeling tot 50 graden Celsius bereikt onder omgevingsomstandigheden. Deze resultaten maken onze quantum well-apparaten veelbelovend voor uitgebreid warmtebeheer in slimme apparaten, ", zegt senior auteur Kazuhiko Hirakawa. "Toekomstige smartphones kunnen worden geleverd met interne printplaten vol met nog meer componenten, zolang ze ook een aantal van deze verkoelende kwantumbronnen hebben."

Het werk is gepubliceerd in Natuurcommunicatie als "Verdampingselektronenkoeling in asymmetrische dubbele barrière halfgeleider heterostructuren."