(Phys.org) —Als smartphones, tablets en andere gadgets worden kleiner en geavanceerder, de warmte die ze genereren tijdens het gebruik neemt toe. Dit is een groeiend probleem omdat de elektronica in de gadgets hierdoor kan falen.

Conventionele wijsheid suggereert dat de oplossing is om het lef van deze gadgets koel te houden.

Maar een nieuwe onderzoekspaper van de Universiteit van Buffalo suggereert het tegenovergestelde:dat wil zeggen, om laptops en andere draagbare elektronische apparaten robuuster te maken, meer warmte zou het antwoord kunnen zijn.

"We hebben ontdekt dat het mogelijk is om nano-elektronische apparaten te beschermen tegen de warmte die ze genereren op een manier die de werking van deze apparaten behoudt, " zei Jonathan Vogel, UB hoogleraar elektrotechniek. "Hierdoor kunnen we hopelijk krachtigere smartphones blijven ontwikkelen, tablets en andere apparaten zonder een fundamentele kernsmelting in hun werking als gevolg van oververhitting."

De krant, "Vorming van een beschermde subband voor geleiding in kwantumpuntcontacten onder extreme voorspanning, " werd op 19 januari gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie .

Bird is samen met Jong Han de co-hoofdauteur, UB universitair hoofddocent natuurkunde. Bijdragende auteurs zijn Jebum Lee en Jungwoo Song, beiden recentelijk gepromoveerd aan de UB; Shiran Xiao, promovendus bij UB; en John L. Reno, Centrum voor geïntegreerde nanotechnologieën bij Sandia National Laboratories.

Warmte in elektronische apparaten wordt gegenereerd door de beweging van elektronen door transistors, weerstanden en andere elementen van een elektrisch netwerk. Afhankelijk van het netwerk, er zijn verschillende manieren, zoals koelventilatoren en koellichamen, om oververhitting van de circuits te voorkomen.

Maar naarmate er meer geïntegreerde schakelingen en transistors aan apparaten worden toegevoegd om hun rekenkracht te vergroten, het wordt steeds moeilijker om die elementen koel te houden. De meeste onderzoekscentra richten zich op het ontwikkelen van geavanceerde materialen die bestand zijn tegen de extreme omgeving in smartphones, laptops en andere apparaten.

Hoewel geavanceerde materialen een enorm potentieel hebben, het UB-onderzoek suggereert dat er binnen het bestaande paradigma van elektronische apparaten nog ruimte is om krachtigere computers te blijven ontwikkelen.

Om hun bevindingen te bereiken, de onderzoekers fabriceerden halfgeleiderapparaten op nanoschaal in een ultramodern galliumarsenidekristal dat door Sandia's Reno aan UB werd geleverd. De onderzoekers onderwierpen de chip vervolgens aan een hoge spanning, een elektrische stroom door de nanogeleiders persen. Dit, beurtelings, verhoogde de hoeveelheid warmte die door de nanotransistor van de chip circuleert.

Maar in plaats van het apparaat te verslechteren, de nanotransistor transformeerde zichzelf spontaan in een kwantumtoestand die werd beschermd tegen het effect van verwarming en zorgde voor een robuust kanaal van elektrische stroom. Om te helpen uitleggen, Bird bood een analogie met Niagara Falls.

"Het water, of energie, komt uit een bron; in dit geval, de grote Meren. Het wordt naar een smal punt (de Niagara-rivier) geleid en stroomt uiteindelijk over de Niagara-watervallen. Aan de onderkant van de waterval is gedissipeerde energie. Maar in tegenstelling tot de waterval, deze gedissipeerde energie recirculeert door de chip en verandert hoe warmte beïnvloedt, of heeft in dit geval geen invloed op, de werking van het netwerk."

Hoewel dit gedrag ongebruikelijk lijkt, vooral het conceptualiseren in termen van water dat over een waterval stroomt, het is het directe resultaat van de kwantummechanische aard van elektronica op nanoschaal. De stroom bestaat uit elektronen die zich spontaan organiseren om een ​​smal geleidend filament door de nanogeleider te vormen. Het is dit filament dat zo robuust is tegen de effecten van verwarming.

"We elimineren de hitte niet echt, maar we zijn erin geslaagd te voorkomen dat het het elektriciteitsnet aantast. Op een manier, dit is een optimalisatie van het huidige paradigma, " zei Han, die de theoretische modellen heeft ontwikkeld die de bevindingen verklaren.