Na sliki je čip z vgrajenimi nanometrskimi strukturami, ki omogočajo hlajenje elektronov pri sobni temperaturi. Znanstveniki so ustvarili prvo elektronsko napravo, ki lahko ohladi elektrone na -228 stopinj Celzija, brez kakršnegakoli zunanjega hlajenja. Ta napredek bi lahko omogočil izdelavo elektronskih naprav, ki bi porabile do 10-krat manj energije kot današnje naprave.
Skupina raziskovalcev je odkrila način, kako ohladiti elektrone do -228 °C brez zunanjih sredstev in pri sobni temperaturi, ta napredek pa bi omogočil razvoj elektronskih naprav, ki bi porabile izredno malo energije. V tem procesu elektrone vodijo skozi kvantni vodnjak, ki jih ohladi in jih ohranja hladne ter jih ščiti pred segrevanjem.
Omenjenim raziskovalcem je prvim doslej uspelo ohladiti elektrone pri sobni temperaturi. Raziskovalci so sicer ohlajali elektrone že prej, vendar jim je to uspelo le, če so celotno napravo potopili v zelo hladno hladilno kopel.
Možnost, da lahko ohladimo elektrone že pri sobni temperaturi, ponuja ogromne tehnične prednosti. Tako bi na primer lahko popolnoma odpravili dosedanjo prakso uporabe tekočega helija ali tekočega dušika za hlajenje elektronov v različnih elektronskih sistemih.
»Elektroni so toplotno vzbujeni že pri sobni temperaturi, kar je popolnoma naraven pojav. Če bi lahko to vzbujanje elektronov preprečili, bi se temperatura teh elektronov lahko učinkovito znižala brez zunanjega hlajenja,« pojasnjuje Koh.
Raziskovalci so uporabili nanometrsko strukturo, ki je sestavljena iz zaporednega niza elektrod izvora (source), kvantnega izvora, tunelskega območja, kvantne točke, drugega tunelskega območja in elektrod ponora (drain), s čimer so uspeli omejiti vzbujanje elektronov, zaradi česar so ostali hladni.
Hladni elektroni bi odprli možnost razvoja nove vrste tranzistorja, ki lahko deluje ob izredno majhni porabi energije. Izsledke omenjenih raziskav bodo uporabili za izdelavo energetsko učinkovitih tranzistorjev, katerih razvoj v tem trenutku že teče. Če bo to tehnologijo mogoče uporabiti pri tranzistorjih, bi lahko zmanjšali porabo energije elektronskih naprav za več kot 10-krat v primerjavi s sedanjimi tehnologijami. Osebne prenosne elektronske naprave, kot so pametni telefoni, iPadi in tablični računalniki bi tako lahko brez ponovnega polnjenja delovali veliko dlje.
Poleg morebitnih poslovno zanimivejših aplikacij, obstaja veliko možnosti uporabe te tehnologije v vojaške namene. Baterije vedno veliko tehtajo in manjša poraba energije pomeni tudi zmanjšanje teže baterije v elektronski opremi, ki jo vojaki prenašajo s seboj, kar bo povečalo njihovo bojno sposobnost. Med druge potencialne vojaške aplikacije bi lahko sodila tudi elektronika oddaljenih senzorjev, zračna plovila brez posadke in visoko zmogljivo računalništvo pri oddaljenih operacijah.
V prihodnje raziskave bi lahko vključili tudi opredelitev ključnih elementov, ki bi omogočili, da bi elektrone še bolj ohladili. Najpomembnejši izziv teh prihodnjih raziskav je, kako elektronu preprečiti zbiranje energije, medtem, ko potuje med komponentami naprave. To bo najbrž zahtevalo poglobljene raziskave o tem, kako učinkovito blokirati poti, kjer bi elektroni lahko pridobivali energijo.
Hladni elektroni
2014_SE224_5
