Uma equipe de pesquisadores descobriu uma maneira de resfriar elétrons a -228 ° C sem meios externos e em temperatura ambiente, um avanço que poderia permitir que dispositivos eletrônicos funcionassem com muito pouca energia.

O processo envolve a passagem de elétrons por um poço quântico para resfriá-los e evitar que aqueçam.

A equipe detalha sua pesquisa em "Transporte de elétrons frios filtrados por energia em temperatura ambiente, "que é publicado em Nature Communications na quarta-feira, 10 de setembro.

"Somos os primeiros a resfriar efetivamente os elétrons à temperatura ambiente. Os pesquisadores já fizeram o resfriamento de elétrons antes, mas apenas quando todo o dispositivo está imerso em um banho de resfriamento extremamente frio, "disse Seong Jin Koh, professor associado da UT Arlington no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, quem liderou a pesquisa. "A obtenção de elétrons frios em temperatura ambiente traz enormes benefícios técnicos. Por exemplo, a necessidade de usar hélio líquido ou nitrogênio líquido para resfriar elétrons em vários sistemas de elétrons pode ser eliminada. "

Os elétrons são excitados termicamente, mesmo em temperatura ambiente, que é um fenômeno natural. Se essa excitação de elétrons pudesse ser suprimida, então, a temperatura desses elétrons poderia ser efetivamente reduzida sem resfriamento externo, Koh disse.

A equipe usou uma estrutura em nanoescala - que consiste em uma matriz sequencial de um eletrodo de origem, um quantum bem, uma barreira de tunelamento, um ponto quântico, outra barreira de tunelamento, e um eletrodo de drenagem - para suprimir a excitação de elétrons e fazer os elétrons frios.

Elétrons frios prometem um novo tipo de transistor que pode operar com consumo de energia extremamente baixo. "A implementação de nossas descobertas para a fabricação de transistores com baixo consumo de energia está em andamento, "Koh acrescentou.

Khosrow Behbehani, reitor da UT Arlington College of Engineering, disse que esta pesquisa é representativa do papel da Universidade em fomentar inovações que beneficiem a sociedade, como a criação de tecnologias verdes com eficiência energética para as gerações atuais e futuras.

"O Dr. Koh e sua equipe de pesquisa estão desenvolvendo soluções do mundo real para um desafio global crítico de utilizar a energia de forma eficiente e desenvolver tecnologia eletrônica com eficiência energética que irá beneficiar todos nós todos os dias, "Behbehani disse." Aplaudimos o Dr. Koh pelos resultados desta pesquisa e esperamos futuras inovações que ele irá liderar. "

Usha Varshney, diretor do programa na Diretoria de Engenharia da National Science Foundation, que financiou a pesquisa, disse que os resultados da pesquisa podem ser vastos.

"Quando implementado em transistores, os resultados dessas pesquisas podem reduzir potencialmente o consumo de energia de dispositivos eletrônicos em mais de 10 vezes em comparação com a tecnologia atual, "Varshney disse." Dispositivos eletrônicos pessoais, como telefones inteligentes, iPads, etc, pode durar muito mais tempo antes de recarregar. "

Além de possíveis aplicações comerciais, existem muitos usos militares para a tecnologia. As baterias pesam muito, e menos consumo de energia significa reduzir o peso da bateria do equipamento eletrônico que os soldados carregam, o que aumentará sua capacidade de combate. Outras aplicações militares potenciais incluem eletrônicos para sensores remotos, veículos aéreos não tripulados e computação de alta capacidade em operações remotas.

Pesquisas futuras podem incluir a identificação de elementos-chave que permitirão que os elétrons sejam resfriados ainda mais. O desafio mais importante desta pesquisa futura é impedir que o elétron ganhe energia ao viajar pelos componentes do dispositivo. Isso exigiria uma pesquisa sobre como as vias de ganho de energia poderiam ser bloqueadas de maneira eficaz.