Kde je elektřina, tam je obvykle teplo – a to je hlavní překážka pro zmenšování elektronických zařízení. Vědci nyní zjistili, že nanodrátky vyrobené z určitého izotopu křemíku mohou vést teplo o 150 procent lépe než běžný křemík, což potenciálně vede k drasticky chladnějšímu počítačových čipům.
V rušném elektronickém systému generují elektrické proudy velké množství tepla, které může poškodit součásti, pokud se nahromadí. Technologie chlazení jako taková pokročila také rychlým tempem, ale jak se elektronika zmenšuje a zmenšuje, je obtížnější účinně odvádět teplo.
V nové studii výzkumníci objevili nový fenomén, který by mohl být jednoho dne použit k výrobě počítačových čipů s mnohem lepšími chladicími vlastnostmi. Klíčem je konkrétní izotop křemíku, známý jako křemík-28 (Si-28). Izotopy jsou atomy určitého prvku, které obsahují různý počet neutronů.
Většina – asi 92 procent – křemíku již existuje jako Si-28, zatímco pět procent je křemík-29 a zbývající tři procenta je křemík-30. V počítačovém čipu mají tyto izotopy stejné obecné elektronické funkce, ale předchozí studie zjistily, že „nečistoty“ Si-29 a Si-30 mohou přerušit tok tepla.
V minulosti vědci zjistili, že výroba součástí z čistého křemíku-28 ve velkém může zlepšit vedení tepla asi o 10 procent – není to špatné, ale nestojí to za dodatečné náklady. Pro novou studii vědci zkoumali, jak dobře by nanodrátky vyrobené z čistého Si-28 vedly teplo.
Tým umístil nanodrát Si-28 o šířce pouhých 90 nanometrů mezi dvě mikroohřívací podložky a na jednu přivedl elektrický proud, aby generované teplo proudilo přes nanodrát do druhé. Vědci očekávali, že zlepšení bude v oblasti asi 20 procent – ale k jejich velkému překvapení fungovalo o 150 procent lépe než nanodrátky z přírodního křemíku.
Bližší zkoumání odhalilo, že se na vnější straně nanodrátu vytvořila vrstva oxidu křemičitého, která účinně vyhlazuje obvykle drsný povrch, který rozptyluje teplo. Uvnitř nedostatek defektů jiných izotopů udržoval teplo na cestě přes jádro nanodrátu.
Výzkumníci tvrdí, že jejich práce by mohla připravit cestu pro nové počítačové čipy, které dokážou účinněji odvádět teplo, a to i v malých měřítcích. Je tu však jeden velký problém – izolovat křemík-28 od jiných izotopů zůstává drahé a obtížné. Ale budoucí pokrok by mohl být učiněn i v této oblasti, zvláště s některými novými důvody, proč tak učinit.
Výzkum byl publikován v časopise Physical Review Letters.
Zdroj: Berkeley Lab
