Là où il y a de l'électricité, il y a généralement de la chaleur - et c'est un obstacle majeur au rétrécissement des appareils électroniques. Les scientifiques ont maintenant découvert que les nanofils constitués d'un certain isotope de silicium peuvent conduire la chaleur 150% mieux que le silicium ordinaire, ce qui pourrait conduire à des puces informatiques considérablement plus froides.
Dans un système électronique chargé, les courants électriques génèrent beaucoup de chaleur, ce qui peut endommager les composants s'ils s'accumulent. En tant que telle, la technologie de refroidissement a également progressé à un rythme rapide, mais à mesure que l'électronique devient de plus en plus petite, il devient plus difficile de dissiper efficacement la chaleur.
Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont découvert un nouveau phénomène qui pourrait un jour être utilisé pour fabriquer des puces informatiques avec des propriétés de refroidissement bien supérieures. La clé est un isotope particulier du silicium, connu sous le nom de silicium-28 (Si-28). Les isotopes sont des atomes d'un élément particulier qui contiennent différents nombres de neutrons.
La majorité (environ 92 %) du silicium existe déjà sous forme de Si-28, tandis que 5 % sont du silicium-29 et les 3 % restants sont du silicium-30. Dans une puce informatique, ces isotopes ont les mêmes fonctions électroniques générales, mais des études antérieures ont montré que les «impuretés» de Si-29 et Si-30 peuvent interrompre le flux de chaleur.
Dans le passé, les scientifiques ont découvert que la fabrication de composants à partir de silicium-28 pur en masse pouvait améliorer la conduction thermique d'environ 10 %, ce qui n'est pas mal, mais cela ne vaut pas vraiment le coût supplémentaire. Pour la nouvelle étude, les chercheurs ont examiné dans quelle mesure les nanofils constitués de Si-28 pur conduiraient la chaleur.
L'équipe a placé un nanofil de Si-28 mesurant seulement 90 nanomètres de large entre deux pastilles de microchauffage, et a appliqué un courant électrique à l'une afin que la chaleur générée passe à travers le nanofil dans l'autre. Les scientifiques s'attendaient à ce que l'amélioration soit de l'ordre de 20 % environ, mais à leur grande surprise, il a été 150 % plus performant que les nanofils de silicium naturel.
Un examen plus approfondi a révélé qu'une couche de dioxyde de silicium s'était formée à l'extérieur du nanofil, lissant efficacement une surface généralement rugueuse qui diffuse la chaleur. À l'intérieur, l'absence de défauts d'autres isotopes a permis à la chaleur de traverser le cœur du nanofil.
Les chercheurs affirment que leurs travaux pourraient ouvrir la voie à de nouvelles puces informatiques capables d'évacuer plus efficacement la chaleur, même à petite échelle. Il y a cependant un problème majeur : il reste coûteux et difficile d'isoler le silicium-28 des autres isotopes. Mais des progrès futurs pourraient également être réalisés dans ce domaine, en particulier avec de nouvelles raisons de le faire.
La recherche a été publiée dans la revue Physical Review Letters.
Source : laboratoire de Berkeley
