Des chercheurs de l'Université de Tokyo ont annoncé une nouvelle approche pour le refroidissement électrique sans avoir besoin de pièces mobiles. En appliquant une tension de polarisation à des puits quantiques constitués d'arséniure de gallium et d'aluminium semi-conducteur, les électrons peuvent être amenés à évacuer une partie de leur chaleur dans un processus appelé "refroidissement par évaporation". Des dispositifs basés sur ce principe peuvent être ajoutés aux cartes de circuits électroniques à l'aide de méthodes de fabrication de semi-conducteurs conventionnelles pour aider les smartphones et les ordinateurs portables à éviter les problèmes de performances causés par les températures élevées.

Comme les smartphones, comprimés, et les ordinateurs portables deviennent plus petits et plus puissants, la possibilité de surchauffe devient une préoccupation de plus en plus pressante. Les ventilateurs actuellement disponibles sont bruyants, volumineux, et avoir des pièces mobiles qui peuvent tomber en panne. Maintenant, scientifiques de l'Institut des sciences industrielles, l'Université de Tokyo ont introduit un nouveau solution à semi-conducteurs à base de semi-conducteurs pouvant être facilement transformée directement en téléphones intelligents ou ordinateurs portables.

"Les appareils portables modernes ont permis la révolution actuelle de l'information, " explique l'un des premiers co-auteurs, Marc Bescond. "Toutefois, cette miniaturisation s'accompagne de défis inhérents à la chaleur résiduelle produite. Notre nouveau système permet un refroidissement sur puce à l'aide de processus de fabrication de semi-conducteurs standard."

Les puits quantiques sont des structures à l'échelle nanométrique suffisamment petites pour piéger les électrons. Le type de puits quantique utilisé dans cette recherche est appelé hétérostructure asymétrique à double barrière. Dans ces appareils, des puits d'arséniure de gallium très étroits sont séparés par des couches d'arséniure de gallium d'aluminium. Lorsque la tension de polarisation appliquée est égale à l'énergie du niveau quantique à l'intérieur du puits, les électrons peuvent utiliser l'effet tunnel résonnant pour traverser facilement une barrière. Cependant, seuls les électrons à haute énergie cinétique pourront continuer au-delà d'une seconde barrière. Puisque les électrons "plus chauds" se déplaçant rapidement s'échappent, tandis que les électrons lents "plus froids" sont piégés, l'appareil devient plus froid.

Ce "refroidissement par évaporation" est analogue au processus qui vous fait sentir froid lorsque vous sortez d'une piscine. Les molécules d'eau les plus énergétiques thermiques sont les premières à s'évaporer de votre peau, emportant leur chaleur avec eux.

« Nous avons atteint un refroidissement électronique allant jusqu'à 50 degrés centigrades dans des conditions ambiantes. Ces résultats rendent nos dispositifs à puits quantiques prometteurs pour une gestion complète de la chaleur dans les appareils intelligents, " dit l'auteur principal Kazuhiko Hirakawa. " Les futurs smartphones pourraient être équipés de cartes de circuits internes contenant encore plus de composants, tant qu'ils ont aussi certains de ces puits quantiques de refroidissement."

L'ouvrage est publié dans Communication Nature comme « refroidissement électronique par évaporation dans des hétérostructures semi-conductrices asymétriques à double barrière ».