VTT kehittää mikroelektroniikkaan ja sähkövirtaan perustuvaa jäähdytysteknologiaa, jota voivat hyödyntää matalissa lämpötiloissa toimivat elektroniikan ja fotoniikan komponentit. Uusi teknologia pienentää jäähdytysjärjestelmien kokoa, tehonkulutusta ja hintaa. Menetelmää voidaan käyttää esimerkiksi kvanttitietokoneiden komponenttien jäähdytykseen.
Monet elektroniikan, fotoniikan ja kvanttiteknologian komponentit edellyttävät kryogeniikan eli kylmäfysiikan soveltamista, sillä ne toimivat ainoastaan hyvin matalissa lämpötiloissa. Esimerkiksi suprajohtavista piireistä rakennettu kvanttitietokone tulee jäähdyttää lähelle absoluuttista nollapistettä. Nykyään tällaiset lämpötilat saavutetaan monimutkaisilla ja suurikokoisilla laimennusjäähdyttimillä.
VTT:n sähköinen menetelmä voi korvata ja täydentää nykyisiä ratkaisuja ja siten pienentää jäähdyttimen kokoa. Tämä mahdollistaa vastaavasti kvanttitietokoneiden koon merkittävän pienentämisen.
Nykyiset laimennusjäähdyttimet perustuvat moniasteisten kryogeenisten nesteiden pumppaamiseen. Vaikka nämä jäähdyttimet ovat nykyään kaupallista teknologiaa, ne ovat edelleen erittäin kalliita ja suurikokoisia. Jäähdytinteknologian tekee monimutkaiseksi erityisesti sen kylmin aste, jossa pumpataan heliumin isotooppien seosta.
Uusi sähkövirtaan perustuva jäähdytysteknologia voi tulevaisuudessa korvata juuri tämän osan. Näin järjestelmästä saataisiin huomattavasti yksinkertaisempi, pienempi, tehokkaampi ja edullisempi. Henkilöauton kokoinen jäähdytin, jolla jäähdytetään noin neliösenttimetrin kokoista piisirua, voitaisiin kutistaa kertaluokilla vaikka matkalaukun kokoiseksi.
- Uskomme, että tätä puhtaasti sähköistä jäähdytysmenetelmää voidaan hyödyntää lukuisissa kryogeniikkaa tarvitsevissa sovelluksissa kvanttilaskennasta herkkiin säteilyn ilmaisimiin ja avaruusteknologiaan, sanoo jäähdyttimen kehitystyötä vetävä VTT:n tutkimusprofessori Mika Prunnila.
VTT:n tutkijat ovat jo vahvistaneet jäähdytysmenetelmän toimivuuden kokeellisin menetelmin. Nyt menetelmää jalostetaan kaupalliseksi demonstraattoriksi SoCool-hankkeessa, joka saa rahoitusta EU:n EIC-Transition -ohjelman kautta. Jäähdyttimien teknologian ja fysiikan perustutkimus on erittäin tärkeää ja sitä jatketaan Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiön rahoittamassa CoRE-Cryo-hankkeessa.
Sähköistä jäähdytysmenetelmää voidaan käyttää komponenttien aktiiviseen jäähdytykseen suoraan piisirulla tai suuren mittakaavan jäähdyttimissä. Kyseessä on alustateknologia, joka sopii lukuisiin sovelluksiin ja luo mahdollisuuksia uudelle liiketoiminnalle. Jäähdyttimen aktiivinen osa valmistetaan mikroelektroniikan valmistusmenetelmillä piikiekoille, mikä tekee valmistuksesta erittäin kustannustehokasta.
Kuvassa VTT:n sähköisen jäähdyttimen prototyyppiä asennetaan testaukseen (kuva: VTT).
Tekoälypalvelimet, 5G-tukiasemat ja sähköautojen pikalaturit kasvattavat nopeasti teholähteiden vaatimuksia. Toshiba Electronics Europe näyttää nyt, miten piikarbidipuolijohteet, 3D-rakenne ja tarkkaan optimoitu lämmönhallinta voivat nostaa tehotiheyden täysin uudelle tasolle. Yhtiön uusi 3 kilowatin AC/DC-referenssisuunnittelu saavuttaa 1,25 watin tehotiheyden kuutiosenttimetriä kohden.
