1. junij, 2019

LEDica v zaporni smeri bi lahko hladila računalnike prihodnosti

sd 300x50 - LEDica v zaporni smeri bi lahko hladila računalnike prihodnostiScienceDaily
2019_275_09

Skupina raziskovalcev Univerze v Michiganu je obdelala infrardečo fotodiodo približne enake velikosti zrna riža, kakor je prikazano na mikroskopski sliki. Pogladili so njeno površino zato, da so jo lahko postavili blizu kalorimetra, ki je bil samo 55 nanometrov (0,000055mm) oddaljen od nje. Meritve kalorimetra so pokazale, da ko so elektrode obrnjene, se fotodioda začne obnašati kot da bi se njena temperatura nižala in začela hladiti kalorimeter.

Odkritje, ki deluje obratno od do sedaj poznanih fizikalnih lastnosti, so odkrili raziskovalci iz univerze v Michiganu. Upravljali so LEDico v zaporni smeri, da bi hladili napravo samo nekaj nanometrov stran.

Pristop bi lahko vodil do nove polprevodniške tehnologije hlajenja prihodnjih mikroprocesorjev, ki bi vsebovali zelo veliko tranzistorjev v zelo majhnem prostoru, katere z današnjo tehnologijo ne moremo hitro hladiti.

275 09 01 300x291 - LEDica v zaporni smeri bi lahko hladila računalnike prihodnosti»Predstavili smo drugo metodo z uporabo fotonov za hlajenje naprav« je povedal Pramond Reddy, ki je delil delo s Edgar Meyhoferjem, oba profesorja strojništva.

Prvo, znano kot lasersko hlajenje, je delo avtorja Arthur Ashkina, ki je leta 2018 delil Nobelovo nagrado iz fizike.

Raziskovalci so namesto laserskega hlajenja izkoristili kemijski potencial termičnega sevanja – koncept bolj uporabljen pri razlagi delovanja baterij.

Še danes veliko ljudi misli, da je kemični potencial sevanja 0. Vendar Meyhofer trdi. da teoretično delo, ki je znano od leta 1980 pravi, da je pod določenimi pogoji res lahko kemični potencial 0, vendar ne v našem primeru.

Kemični potencial v bateriji, poganja električni tok, kadar je baterija dana v napravo. Znotraj baterije se kovinski ioni hočejo gibati proti drugi strani, ker lahko na ta način izgubijo nekaj energije – kemično potencialno energijo – uporabimo kot električno energijo. Elektromagnetno sevanje, vsebuje vidno svetlobo kot tudi infrardeče termično sevanje. Infrardeče termično sevanje ponavadi nima tega tipa potenciala.

»Intezivnost je pri termičnem sevanju odvisna od temperature, vendar imamo dodaten gumb za nadzorovanje sevanja, ki omogoča hlajenje, katerega opazujemo.« je povedal Linxiao Zhu, raziskovalec strojništva in avtor dela.

Gumb je električen. V teoriji, ko zamenjamo polariteto infrardeče LEDice, ne bo samo nehala oddajati svetlobo, vendar bo tudi začela povečano oddajati termično sevanje, ker se nahaja pri sobni temperaturi.

»LEDica s tem polaritetnim trikom deluje kot, da bi bila pri nižji temperaturi«, je povedal Reddy.
Vendar, merjenje hlajenja in dokazovanje, da se nekaj zanimivega dogaja, je zelo zapleteno.

Da bi dovolj infrardeče svetlobe potovalo iz predmeta v LEDico, bi med njima morala biti zelo majhna razdalja, manj kot ena sama valovna dolžina infrardeče svetlobe. To je potrebno zato, da lahko izkoristimo efekt bližnjega polja ali učinek »dušenega spoja«, ki omogoča da več infrardečih fotonov ali delcev prehaja iz predmeta v LEDico.
Skupina Reddija in Meyhoferja je imela veliko prednost, ker so že v preteklosti greli in hladili naprave v nano merilu, kjer so tudi skrbeli, da so si bili samo nekaj nanometrov razmaknjeni med seboj. V tej kratki razdalji, se foton, ki ne bi pobegnil iz predmeta, da bi se ohladil, lahko preide v LEDico, kot da med njima ne bi bilo razmaka. Skupina je imela dostop do laboratorija, v katerem so bile vibracije zelo zelo omejene, oz. zelo minimalistične, da so lahko natančno izvajali svoje meritve.

275 09 02 300x225 - LEDica v zaporni smeri bi lahko hladila računalnike prihodnostiSkupina je dokazala princip delovanja tako, da so zgradili miniaturni kalorimeter, napravo ki meri spremembe v elektriki, so jo dali zraven majhne LEDice velikosti zrna riža. Oba sta konstantno oddajala in sprejemala termične fotone od drug drugega in iz njunega okolja.

»Katerikoli predmet, ki je na sobni temperaturi, oddaja svetlobo. Nočna kamera nam omogoča, da vidimo oz. zajamemo infrardečo svetlobo, ki izhaja iz toplega predmeta« je povedal Meyhofer.

Vendar, ko je LEDica zaporno polarizirana se začne obnašati kot predmet, ki ima nizko temperaturo. Ta predmet absorbira fotone iz kalorimetra in istočasno ta razmak preprečuje, da toplota potuje nazaj v kalorimeter preko prevodnosti. Posledica tega je učinek hlajenja.
Skupina je prikazala hlajenje 6 W na vsak m2. Teoretično ta učinek lahko proizvede ekvivalent hlajenja 1000W na vsak m2, oz. moči sončnega sevanja na površino Zemlje.

Ta efekt bi bil lahko zelo pomemben v prihodnosti za hlajenje pametnih telefonov in računalnikov. S povečano računalniško močjo v manjšem prostoru, je potrebno boljše odstranjevanje toplote iz mikroprocesorjev.

275 09 03 300x225 - LEDica v zaporni smeri bi lahko hladila računalnike prihodnostiTa pristop bi izboljšal učinkovitost hlajenja in stopnjo hlajenja. Skupina predvideva, da bi se to odkritje lahko uporabilo za hitro odvzemanje toplote od mikroprocesorjev v napravah. Lahko bi tudi vzdržalo velikim zahtevam pametnih telefonov, ker bi distančniki v nano velikosti ponudili ločitev med mikroprocesorjem in LED.

Raziskovalci so njihovo iznajdbo objavili v revijo »Nature« 14. Feb. 2019 z naslovom »Near-field photonic cooling through control of the chemical potential of photons.«
Raziskavo podpira oddelek za energijo in vojaški urad za raziskavo. Naprave so bile narejene v U-M Lurie Nanofabrication Facility.
Povzeto po: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/02/190213132326.htm

https://www.sciencedaily.com
Tags: