Vous avez déjà ressenti la chaleur :le smartphone qui chauffe pendant l'exécution d'une application de navigation ou l'ordinateur portable qui devient trop chaud pour vos genoux.

La chaleur produite par les appareils électroniques fait plus que gêner les utilisateurs. Les vides et les fissures induits par la chaleur peuvent provoquer la défaillance des puces et des circuits.

Aujourd'hui, une équipe d'ingénieurs dirigée par Stanford a développé un moyen non seulement de gérer la chaleur, mais aidez-le à l'éloigner des appareils délicats. Écrire dans Communication Nature , les chercheurs décrivent un transistor thermique, un commutateur à l'échelle nanométrique qui peut éloigner la chaleur des composants électroniques et les isoler contre ses effets néfastes.

"Le développement d'un transistor thermique pratique pourrait changer la donne dans la façon dont nous concevons l'électronique, " a déclaré l'auteur principal Kenneth Goodson, un professeur de génie mécanique.

Les chercheurs essaient de développer des interrupteurs thermiques depuis des années. Les transistors thermiques précédents se sont avérés trop gros, trop lent et pas assez sensible pour une utilisation pratique. Le défi a été de trouver une technologie à l'échelle nanométrique qui pourrait s'allumer et s'éteindre à plusieurs reprises, ont un grand contraste de commutation chaud-froid et aucune pièce mobile.

Aidé par l'ingénieur électricien Eric Pop et le scientifique des matériaux Yi Cui, L'équipe de Goodson a surmonté ces obstacles en commençant par une fine couche de bisulfure de molybdène, un cristal semi-conducteur composé de couches d'atomes en couches. Seulement 10 nanomètres d'épaisseur et efficace à température ambiante, ce matériau pourrait être intégré dans l'électronique d'aujourd'hui, un facteur critique pour rendre la technologie pratique.

Afin de transformer ce semi-conducteur thermoconducteur en un interrupteur de type transistor, les chercheurs ont baigné le matériau dans un liquide contenant beaucoup d'ions lithium. Lorsqu'un faible courant électrique est appliqué au système, les atomes de lithium commencent à s'infuser dans les couches du cristal, modifier ses caractéristiques de conduction thermique. Lorsque la concentration de lithium augmente, le transistor thermique s'éteint. Travaillant avec le groupe de Davide Donadio à l'Université de Californie, Davis, les chercheurs ont découvert que cela se produit parce que les ions lithium séparent les atomes du cristal. Cela rend plus difficile le passage de la chaleur.

Aditya Sood, un chercheur postdoctoral avec Goodson et Pop et co-premier auteur de l'article, a comparé le transistor thermique au thermostat d'une voiture. Quand la voiture est froide, le thermostat est éteint, empêcher l'écoulement du liquide de refroidissement, et le moteur retient la chaleur. Au fur et à mesure que le moteur chauffe, le thermostat s'ouvre et le liquide de refroidissement commence à bouger pour maintenir le moteur à une température optimale. Les chercheurs envisagent que les transistors thermiques connectés aux puces informatiques s'allumeraient et s'éteindraient pour aider à limiter les dommages causés par la chaleur dans les appareils électroniques sensibles.

En plus de permettre le contrôle dynamique de la chaleur, les résultats de l'équipe fournissent de nouvelles informations sur les causes de la défaillance des batteries lithium-ion. Comme les matériaux poreux d'une batterie sont infusés de lithium, ils entravent la circulation de la chaleur et peuvent faire monter les températures. Réfléchir à ce processus est crucial pour concevoir des batteries plus sûres.

Dans un avenir plus lointain, les chercheurs imaginent que les transistors thermiques pourraient être disposés en circuits pour calculer en utilisant la logique thermique, autant que les transistors à semi-conducteurs calculent en utilisant l'électricité. Mais bien qu'enthousiasmé par le potentiel de contrôle de la chaleur à l'échelle nanométrique, les chercheurs disent que cette technologie est comparable à celle où se trouvaient les premiers transistors électroniques il y a environ 70 ans, alors que même les inventeurs ne pouvaient pas pleinement imaginer ce qu'ils avaient rendu possible.

"Pour la première fois, cependant, un transistor thermique nanométrique pratique est à portée de main, " dit Goodson.