Une équipe de chercheurs a découvert un moyen de refroidir des électrons à -228 °C sans moyens extérieurs et à température ambiante, une avancée qui pourrait permettre aux appareils électroniques de fonctionner avec très peu d'énergie.

Le processus consiste à faire passer des électrons à travers un puits quantique pour les refroidir et les empêcher de chauffer.

L'équipe détaille ses recherches sur le "transport d'électrons froids filtrés par l'énergie à température ambiante, " qui est publié dans Communication Nature mercredi, 10 septembre.

"Nous sommes les premiers à refroidir efficacement les électrons à température ambiante. Les chercheurs ont déjà fait le refroidissement par électrons, mais seulement lorsque l'ensemble de l'appareil est immergé dans un bain de refroidissement extrêmement froid, " dit Seong Jin Koh, professeur agrégé à l'UT Arlington dans le département Materials Science &Engineering, qui a dirigé la recherche. "L'obtention d'électrons froids à température ambiante présente d'énormes avantages techniques. Par exemple, l'exigence d'utiliser de l'hélium liquide ou de l'azote liquide pour refroidir les électrons dans divers systèmes électroniques peut être levée."

Les électrons sont excités thermiquement même à température ambiante, qui est un phénomène naturel. Si cette excitation électronique pouvait être supprimée, alors la température de ces électrons pourrait être efficacement abaissée sans refroidissement externe, dit Koh.

L'équipe a utilisé une structure à l'échelle nanométrique - qui consiste en un réseau séquentiel d'une électrode source, un puits quantique, une barrière tunnel, un point quantique, une autre barrière tunnel, et une électrode de drain – pour supprimer l'excitation électronique et pour refroidir les électrons.

Les électrons froids promettent un nouveau type de transistor pouvant fonctionner avec une consommation d'énergie extrêmement faible. « La mise en œuvre de nos découvertes pour la fabrication de transistors économes en énergie est actuellement en cours, " ajouta Koh.

Khosrow Behbehani, doyen de l'UT Arlington College of Engineering, a déclaré que cette recherche est représentative du rôle de l'Université dans la promotion d'innovations qui profitent à la société, telles que la création de technologies vertes économes en énergie pour les générations actuelles et futures.

"Le Dr Koh et son équipe de recherche développent des solutions du monde réel à un défi mondial critique consistant à utiliser efficacement l'énergie et à développer une technologie électronique à haut rendement énergétique qui nous profitera à tous chaque jour, " a déclaré Behbehani. " Nous félicitons le Dr Koh pour les résultats de cette recherche et attendons avec impatience les futures innovations qu'il dirigera. "

Usha Varshney, directeur de programme à la Direction de l'ingénierie de la National Science Foundation, qui a financé la recherche, a déclaré que les résultats de la recherche pourraient être vastes.

"Lorsqu'il est implémenté dans des transistors, ces résultats de recherche pourraient potentiellement réduire la consommation d'énergie des appareils électroniques de plus de 10 fois par rapport à la technologie actuelle, " Varshney a déclaré. "Les appareils électroniques personnels tels que les téléphones intelligents, iPad, etc., peut durer beaucoup plus longtemps avant de se recharger."

En plus des applications commerciales potentielles, il existe de nombreuses utilisations militaires de la technologie. Les batteries pèsent beaucoup, et moins de consommation d'énergie signifie réduire le poids de la batterie des équipements électroniques que les soldats transportent, ce qui améliorera leur capacité de combat. D'autres applications militaires potentielles incluent l'électronique pour les capteurs à distance, véhicules aériens sans pilote et calcul haute capacité dans les opérations à distance.

Les recherches futures pourraient inclure l'identification d'éléments clés qui permettront de refroidir encore plus les électrons. Le défi le plus important de cette future recherche est d'empêcher l'électron de gagner de l'énergie lorsqu'il se déplace à travers les composants de l'appareil. Cela nécessiterait des recherches sur la manière dont les voies de gain d'énergie pourraient être efficacement bloquées.