Jos on sähköä, siellä on yleensä lämpöä – ja se on suuri este elektronisten laitteiden kutistumiselle. Tutkijat ovat nyt havainneet, että tietystä piin isotoopista valmistetut nanolangat voivat johtaa lämpöä 150 prosenttia paremmin kuin tavallinen pii, mikä saattaa johtaa huomattavasti viileämpiin tietokonesiruihin.
Kiireisessä elektroniikkajärjestelmässä sähkövirrat tuottavat runsaasti lämpöä, joka voi vahingoittaa osia, jos sen annetaan kerääntyä. Sellaisenaan myös jäähdytystekniikka on kehittynyt kovaa vauhtia, mutta kun elektroniikka pienenee ja pienenee, lämmön tehokas haihduttaminen vaikeutuu.
Uudessa tutkimuksessa tutkijat löysivät uuden ilmiön, josta voitaisiin jonain päivänä valmistaa tietokonesiruja, joilla on paljon paremmat jäähdytysominaisuudet. Avain on erityinen piin isotooppi, joka tunnetaan nimellä pii-28 (Si-28). Isotoopit ovat tietyn alkuaineen atomeja, jotka sisältävät eri määrän neutroneja.
Suurin osa – noin 92 prosenttia – piistä on jo olemassa Si-28:na, viisi prosenttia on pii-29:ää ja loput kolme prosenttia on pii-30:tä. Tietokonesirussa näillä isotoopeilla on samat yleiset elektroniset toiminnot, mutta aikaisemmat tutkimukset ovat osoittaneet, että Si-29:n ja Si-30:n "epäpuhtaudet" voivat keskeyttää lämmön virtauksen.
Aiemmin tutkijat ovat havainneet, että komponenttien valmistaminen puhtaasta pii-28:sta irtotavarana voi parantaa lämmönjohtavuutta noin 10 prosenttia – ei paha, mutta ei todellakaan lisäkustannusten arvoinen. Uutta tutkimusta varten tutkijat tutkivat, kuinka hyvin puhtaasta Si-28:sta valmistetut nanolangat johtaisivat lämpöä.
Tiimi asetti vain 90 nanometriä leveän Si-28-nanolangan kahden mikrolämmitintyynyn väliin ja kohdistai sähkövirran yhteen, jotta syntyvä lämpö virtaisi nanolangan läpi toiseen. Tiedemiehet odottivat parannuksen olevan noin 20 prosentin luokkaa – mutta heidän suureksi yllätykseksi se toimi 150 prosenttia paremmin kuin luonnonpiin nanolangat.
Lähempi tarkastelu paljasti, että nanolangan ulkopuolelle oli muodostunut kerros piidioksidia, joka tasoitti tehokkaasti yleensä karheaa pintaa, joka hajottaa lämpöä. Sisäpuolella muiden isotooppien vikojen puute piti lämmön kulkemassa nanolangan ytimen läpi.
Tutkijat sanovat, että heidän työnsä voisi tasoittaa tietä uusille tietokonesiruille, jotka voivat siirtää lämpöä tehokkaammin pois jopa pienissä mitoissa. Yksi suuri ongelma kuitenkin on – pii-28:n eristäminen muista isotoopeista on edelleen kallista ja vaikeaa. Mutta myös tällä alalla voidaan edistyä tulevaisuudessa, varsinkin kun siihen on uusia syitä.
Tutkimus julkaistiin Physical Review Letters -lehdessä.
Lähde: Berkeley Lab
