Een team van onderzoekers heeft een manier ontdekt om elektronen af ​​te koelen tot -228 °C zonder externe middelen en bij kamertemperatuur. een vooruitgang die elektronische apparaten in staat zou kunnen stellen om met zeer weinig energie te functioneren.

Het proces houdt in dat elektronen door een kwantumput worden geleid om ze af te koelen en te voorkomen dat ze opwarmen.

Het team beschrijft zijn onderzoek naar "Energiegefilterd koud elektronentransport bij kamertemperatuur, " die is gepubliceerd in Natuurcommunicatie op woensdag, 10 september.

"Wij zijn de eersten die elektronen effectief bij kamertemperatuur koelen. Onderzoekers hebben al eerder aan elektronenkoeling gedaan, maar alleen wanneer het hele apparaat wordt ondergedompeld in een extreem koud koelbad, " zei Seong Jin Koh, een universitair hoofddocent aan de UT Arlington bij de afdeling Materials Science &Engineering, wie het onderzoek heeft geleid. “Het verkrijgen van koude elektronen bij kamertemperatuur heeft enorme technische voordelen. de eis om vloeibaar helium of vloeibare stikstof te gebruiken voor het koelen van elektronen in verschillende elektronensystemen kan worden opgeheven."

Elektronen worden zelfs bij kamertemperatuur thermisch geëxciteerd, wat een natuurlijk fenomeen is. Als die elektronenexcitatie kon worden onderdrukt, dan zou de temperatuur van die elektronen effectief kunnen worden verlaagd zonder externe koeling, zei Ko.

Het team gebruikte een structuur op nanoschaal - die bestaat uit een sequentiële reeks van een bronelektrode, een kwantumput, een tunnelbarrière, een kwantumpunt, nog een tunnelbarrière, en een afvoerelektrode - om elektronenexcitatie te onderdrukken en elektronen koud te maken.

Koude elektronen beloven een nieuw type transistor die kan werken met een extreem laag energieverbruik. "De implementatie van onze bevindingen voor de fabricage van energiezuinige transistors is momenteel aan de gang, " voegde Ko eraan toe.

Khosrow Behbehani, decaan van het UT Arlington College of Engineering, zei dat dit onderzoek representatief is voor de rol van de universiteit bij het bevorderen van innovaties die de samenleving ten goede komen, zoals het creëren van energie-efficiënte groene technologieën voor huidige en toekomstige generaties.

"Dr. Koh en zijn onderzoeksteam ontwikkelen real-world oplossingen voor een cruciale wereldwijde uitdaging om de energie efficiënt te gebruiken en energie-efficiënte elektronische technologie te ontwikkelen waar we allemaal elke dag profijt van hebben, " Zei Behbehani. "We juichen Dr. Koh toe voor de resultaten van dit onderzoek en kijken uit naar toekomstige innovaties die hij zal leiden."

Usha Varshney, programmadirecteur in het Directoraat Engineering van de National Science Foundation, die het onderzoek financierde, zei dat de onderzoeksresultaten enorm zouden kunnen zijn.

"Wanneer geïmplementeerd in transistors, deze onderzoeksresultaten zouden het energieverbruik van elektronische apparaten mogelijk meer dan 10 keer kunnen verminderen in vergelijking met de huidige technologie, "Zei Varshney. "Persoonlijke elektronische apparaten zoals smartphones, iPads, enzovoort., kan veel langer duren voordat ze worden opgeladen."

Naast mogelijke commerciële toepassingen, er zijn veel militaire toepassingen voor de technologie. Batterijen wegen veel, en minder stroomverbruik betekent het verminderen van het batterijgewicht van elektronische apparatuur die soldaten dragen, die hun gevechtsvermogen zullen vergroten. Andere mogelijke militaire toepassingen zijn onder meer elektronica voor sensoren op afstand, onbemande luchtvaartuigen en computers met hoge capaciteit bij operaties op afstand.

Toekomstig onderzoek kan het identificeren van belangrijke elementen omvatten waarmee elektronen nog verder kunnen worden gekoeld. De belangrijkste uitdaging van dit toekomstige onderzoek is om te voorkomen dat het elektron energie wint terwijl het door apparaatcomponenten reist. Hiervoor is onderzoek nodig naar de manier waarop energiebronnen effectief kunnen worden geblokkeerd.