La longévité des appareils électroniques est testée à bien des égards, car ils résistent aux rigueurs de l'utilisation quotidienne. Même lorsqu'ils sont traités avec le plus grand soin, ils ont encore un défi majeur à relever :l'évacuation de la chaleur.

Pour pallier ce problème, La professeure adjointe de l'ECE Junxia "Lucy" Shi et son équipe de chercheurs dans le Laboratoire des matériaux et dispositifs semi-conducteurs avancés à l'UIC se concentrent sur l'utilisation d'une nouvelle méthode pour refroidir les points chauds de l'électronique et capturer la chaleur gaspillée à utiliser pour alimenter les appareils. La nouvelle technique a en outre le potentiel d'augmenter la longévité des composants électroniques.

Les résultats de leurs recherches ont été récemment publiés dans des revues prestigieuses Rapports scientifiques et Documents d'examen physique .

Les appareils électroniques se miniaturisent, et produisent beaucoup de chaleur lorsqu'ils transportent des courants. Si la chaleur n'est pas extraite de l'appareil, cela réduira la durée de vie. Les techniques de refroidissement actuelles ne sont efficaces que lorsque la chaleur est proche de la surface. Dans une puce, il y a des endroits appelés "points chauds, " qui sont des zones de hautes températures localisées.

"Ce sont à éviter, sinon, ils créent des défaillances. » a déclaré Shi. « Nos applications ciblées sont les capteurs de chaleur, convertisseurs d'énergie, etc. Nous voulons être en mesure d'évaluer la chaleur générée dans les appareils si vous le souhaitez, ou mieux encore, extraire cette chaleur et la convertir en électricité."

"Ce que nous essayons de faire ici, c'est d'utiliser la propriété intrinsèque du matériau en tandem avec les techniques modernes de refroidissement thermique à l'état solide pour extraire plus de chaleur de l'appareil, " a déclaré le chercheur postdoctoral Parijat Sengupta, qui travaille sous la direction de Shi. "Nous examinons l'arrangement interne des électrons, comment ils effectuent le mouvement dans le cristal, et comment le mouvement donne naissance à un certain type de champ magnétique, qui n'est pas appliqué de l'extérieur. C'est comme avoir un champ magnétique interne et cela crée une voie supplémentaire pour évacuer plus de chaleur de l'appareil."

Les chercheurs ont quantifié théoriquement la quantité de chaleur pouvant être entraînée, et ils ont découvert que beaucoup de chaleur est produite, et l'énergie peut être récupérée.

"Vous conduisez du courant à travers un appareil - vous appliquez donc une tension - et à votre tour vous recevez de la chaleur, qui est généralement gaspillé. Nous essayons d'utiliser cette chaleur de plusieurs manières, " dit Shi.

"La chaleur peut être utilisée en entraînant un générateur d'énergie thermique, où la chaleur produit à nouveau de l'électricité, " dit Sengupta. " Aussi, nous pouvons utiliser la chaleur pour générer des courants de rotation, ' qui est l'attribut interne de l'électron."

« Poussé par la motivation à faire de la récupération d'énergie, nous avons choisi un matériau où une impulsion supplémentaire peut être obtenue grâce à l'arrangement interne des atomes et des électrons du matériau et voir quelles sont les configurations expérimentales optimales que nous pouvons rechercher pour maximiser le flux de chaleur, " a ajouté Sengupta.

Les chercheurs utilisent des générateurs d'énergie thermique d'un point de vue applicatif en raison de la chaleur qu'ils peuvent extraire et entraîner un autre générateur. Il existe deux effets appelés effet Seebeck et effet Peltier, qui sont en jeu dans la recherche.

« Si je fais passer de la chaleur à travers ce matériau, cela créera un gradient de température et générera une tension que vous pourrez utiliser pour autre chose. C'est l'objectif principal en tête, " dit Sengupta. " Le second est le courant de spin. Nous avons introduit le spin des électrons dans notre travail. C'est ce qui rend cette recherche intéressante."
Apprenez-en plus sur le professeur Shi et ses recherches au laboratoire Advanced Semiconductor Materials and Devices.