Pesquisadores demonstram transferência de calor radiativa aprimorada para nanodispositivos
Plataforma experimental usada para sondar a transferência de calor radiativo. (a) Esquema de duas microplacas de Si suspensas por vigas de 706 μm de comprimento e montadas em um estágio de aquecimento controlando sua temperatura. (b) Diagrama das placas quentes e frias revestidas com SiO2 nanocamadas e separadas por um intervalo de vácuo g=10,7μm. Imagem de microscópio eletrônico de varredura do (c) dispositivo e (d) seu close-up na caixa retangular em (c). Crédito:Cartas de revisão física (2024). DOI:10.1103/PhysRevLett.132.186904 Pesquisadores do Japão têm trabalhado duro para manter a calma – ou pelo menos – evitar o superaquecimento de seus nanodispositivos. Ao adicionar uma pequena camada de dióxido de silício a estruturas de silício de tamanho micro, eles foram capazes de mostrar um aumento significativo na taxa de dissipação de calor. Este trabalho pode levar a dispositivos eletrônicos menores e mais baratos que podem conter mais microcircuitos.
À medida que os produtos eletrónicos de consumo se tornam cada vez mais compactos, embora ainda possuam maior poder de processamento, a necessidade de gerir o calor residual dos microcircuitos tornou-se uma grande preocupação.
Alguns instrumentos científicos e máquinas em nanoescala exigem uma consideração cuidadosa de como o calor localizado será desviado do dispositivo para evitar danos.
Algum resfriamento ocorre quando o calor é irradiado como ondas eletromagnéticas - semelhante à forma como a energia do Sol atinge a Terra através do vácuo do espaço. No entanto, a taxa de transferência de energia pode ser muito lenta para proteger o desempenho de circuitos eletrônicos integrados sensíveis e densamente compactados.
Para que a próxima geração de dispositivos seja desenvolvida, poderá ser necessário estabelecer novas abordagens para resolver esta questão da transmissão de calor.
Em um estudo publicado recentemente na revista Physical Review Letters , pesquisadores do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio, mostraram como a taxa de transferência de calor radiativo pode ser duplicada entre duas placas de silício em microescala separadas por uma pequena lacuna.
A chave foi usar um revestimento de dióxido de silício que criou um acoplamento entre as vibrações térmicas da placa na superfície (chamadas fônons) e os fótons (que constituem a radiação).
“Fomos capazes de mostrar teórica e experimentalmente como as ondas eletromagnéticas eram excitadas na interface da camada de óxido, o que aumentava a taxa de transferência de calor”, diz o principal autor do estudo, Saeko Tachikawa.
O pequeno tamanho das camadas em comparação com os comprimentos de onda da energia eletromagnética e sua fixação à placa de silício, que transporta a energia sem perdas, permitiu que o dispositivo ultrapassasse os limites normais de transferência de calor e, assim, resfriasse mais rapidamente.
Como a microeletrônica atual já é baseada no silício, as descobertas desta pesquisa poderão ser facilmente integradas nas futuras gerações de dispositivos semicondutores.
"Nosso trabalho fornece informações sobre possíveis estratégias de gerenciamento de dissipação de calor na indústria de semicondutores, juntamente com vários outros campos relacionados, como a fabricação de nanotecnologia", disse o autor sênior, Masahiro Nomura.
A pesquisa também ajuda a estabelecer uma melhor compreensão fundamental de como funciona a transferência de calor em nanoescala, uma vez que esta ainda é uma área de pesquisa ativa.
