Pesquisadores da Universidade de Tóquio anunciaram uma nova abordagem para resfriamento elétrico sem a necessidade de peças móveis. Ao aplicar uma tensão de polarização a poços quânticos feitos de arseneto de gálio e alumínio semicondutor, os elétrons podem liberar parte de seu calor em um processo chamado "resfriamento evaporativo". Dispositivos baseados neste princípio podem ser adicionados a placas de circuito eletrônico usando métodos convencionais de fabricação de semicondutores para ajudar smartphones e laptops a evitar problemas de desempenho causados ​​por altas temperaturas.

Como smartphones, tablets, e os laptops ficam menores e mais potentes, a possibilidade de superaquecimento torna-se uma preocupação cada vez mais premente. Os ventiladores disponíveis atualmente são barulhentos, volumoso, e têm peças móveis que podem falhar. Agora, cientistas do Instituto de Ciência Industrial, a Universidade de Tóquio introduziu um novo, solução de estado sólido feita de semicondutores que podem ser facilmente transformados diretamente em smartphones ou laptops.

"Dispositivos portáteis modernos permitiram a atual revolução da informação, "explica um dos primeiros co-autores, Marc Bescond. "Contudo, essa miniaturização traz desafios inerentes ao calor residual produzido. Nosso novo sistema permite o resfriamento no chip usando processos de fabricação de semicondutores padrão. "

Poços quânticos são estruturas em nanoescala pequenas o suficiente para prender elétrons. O tipo de poço quântico utilizado nesta pesquisa é denominado heteroestrutura assimétrica de barreira dupla. Nestes dispositivos, poços muito estreitos de arsenieto de gálio são separados por camadas de arsenieto de alumínio e gálio. Quando a tensão de polarização aplicada é igual à energia do nível quântico dentro do poço, elétrons podem usar tunelamento ressonante para passar facilmente por uma barreira. Contudo, apenas os elétrons com altas energias cinéticas serão capazes de continuar além de uma segunda barreira. Uma vez que os elétrons que se movem rapidamente "mais quentes" escapam, enquanto os elétrons lentos "mais frios" ficam presos, o dispositivo fica mais frio.

Esse "resfriamento evaporativo" é análogo ao processo que faz você sentir frio ao sair da piscina. As moléculas de água com mais energia térmica são as primeiras a evaporar da sua pele, levando seu calor com eles.

"Alcançamos resfriamento de elétrons de até 50 graus centígrados em condições ambientais. Esses resultados tornam nossos dispositivos de poços quânticos promissores para gerenciamento de calor abrangente em dispositivos inteligentes, "diz o autor sênior Kazuhiko Hirakawa." Futuros smartphones podem vir com placas de circuito interno embaladas com ainda mais componentes, contanto que eles também tenham alguns desses poços quânticos de resfriamento. "

O trabalho é publicado em Nature Communications como "Resfriamento evaporativo de elétrons em heteroestruturas de semicondutor de barreira dupla assimétrica."