Un grup de cercetatori din Finlanda si Italia a realizat un “tranzistor de racire” de constructie speciala, capabil sa raceasca structuri microscopice, atunci cand se afla sub tensiune electrica.

Pentru ca chip-urile electronice devin din ce in ce mai complexe, cantitatea de caldura degajata creste şi ea, si de aceea ele au nevoie de sisteme de racire din ce in ce mai bune. La un moment dat insa, capacitatea de racire isi poate atinge limitele, daca aceasta actiune este realizata exclusiv din exterior.

O posibila solutie de viitor o reprezinta “tranzistorul de racire” (sau de caldura, depinde cum e privit) realizat de catre cercetatori de la universitati din Finlanda si Italia, si care se bazeaza pe un fenomen numit “control Coulombic al transferului de caldura.”

Prototipul (in imagine) consta dintr-o insula metalica de dimensiuni 180 nm x 2300 nm x 20 nm, ce reprezinta nucleul tranzistorului, 4 contacte supraconductoare din aluminiu, izolate de insula metalica (in partea de sus a imaginii), plus contactul de poarta (in partea de jos a imaginii), de asemenea izolat de insula metalica.

Poarta actioneaza capacitiv asupra insulii metalice, iar tensiunea electrica de pe poarta determina numarul de electroni ce tuneleaza intre insula metalica si contactele supraconductoare. Aceste efect de tunelare cuantica la interfata metal-supraconductor este cunoscut. In noile rezultate insa, sistemul este in asa fel ales, incit electronii ce tuneleaza sa poarte cu ei energia termica a insulei metalice ce o parasesc. Un rezultat direct este acela ca insula metalica se va raci.

Teoria ce sta in spatele acestei comportari este destul de complexa, si se refera la asa-numitele sisteme de electroni puternic corelati. In sistemele de siliciu folosite in mod uzual in electronica, energia cinetica a electronilor (viteza lor) este foarte mare, facand ca electronii sa nu se “vada” unul pe celalalt in miscarea lor. In sistemele de electroni puternic corelati, energia cinetica a electronilor este mai mica, iar electronii simt foarte puternic interactiunea Coulombiana (electrostatica) dintre ei. In acest fel comportarea lor poate fi complexa, conducand la rezultate remarcabile (cum sunt de exemplu supraconductorii de temperatura inalta). Si in cazul de fata, tranzistorul de racire este astfel ales incat energia cinetica a electronilor ce tuneleaza sa fie mai mica decit energia electrostatica de repulsie, tranzistorul lucrand astfel intr-un regim in care electronii sunt puternic corelati.

Tranzistorul de racire are avantajul ca poate fi construit la scara microscopica si se poate integra in sistemele electronice actuale, dar capacitatea lui de racire (data de insula metalica) va fi limitata. In plus, energia se va disipa in apropiere, iar tranzistorul nu functioneaza decat in cazul in care contactele sunt supraconductoare. Tinand cont ca la ora actuala nu exista supraconductori la temperatura camerei, trazistorul trebuie racit la temperaturi mai mici de -150 de grade Celsius pentru a face supraconductoare acele contacte, temperatura la care racirea data de tranzistor nu se mai justifica.

Deoarece momentan aplicaţia principala de racire nu este posibila la temperatura camerei (supraconductorii nu vor funcţiona), cercetatorii propun aplicatii specifice, ca de exemplu senzori de caldura sau micro-frigidere. Tehnologia se afla inca intr-o faza incipienta, dar autorii sai cred ca acesti primi pasi deschid drumul catre o serie de posibilitati interesante de cercetare si de aplicatii de viitor.

(Sursa: TG Daily, stiinta.info)