Lawrence Berkeleyn laboratorion (LBNL) tutkijat ovat kehittäneet materiaalin, jonka avulla piinanolangat johtavat lämpöä jopa 150 prosenttia nykyistä paremmin. Tämä voi johtaa viileämpiin ja siten myös suorituskykyisempiin mikropiireihin.
Ultraohut piinanolanka voisi mahdollistaa pienemmän, nopeamman mikroelektroniikan, jonka lämmönsiirtotehokkuus ylittää nykyiset tekniikat. Jos siru johtaa lämpöä paremmin pois, se voisi kuluttaa vähemmän energiaa, kun hukkalämpöä ei synny siruun.
Elektroniikka on suhteellisen edullista, koska pii on halpaa ja sitä on runsaasti. Mutta vaikka pii on hyvä sähkönjohdin, se ei ole hyvä lämmönjohdin, kun se pienennetään hyvin pieneen kokoon. Tämä on ongelma yhä pienemmäksi käyvissä mikrosiruissa.
Mikropiirillä voi olla kymmeniä miljardeja piitransistoreja, jotka ohjaavat elektronien virtaa sisään ja ulos muistisoluista, koodaamalla databitit ykkösiksi ja nolliksi, tietokoneiden binäärikieleksi. Sähkövirrat kulkevat näiden ahkerasti toimivien transistorien välillä, ja nämä virrat synnyttävät väistämättä lämpöä. Lämpö virtaa luonnollisesti kuumasta esineestä viileään esineeseen. Mutta lämmön virtaus muuttuu hankalaksi piissä.
Luonnollisessa muodossaan pii koostuu kolmesta eri isotoopista. Siruilla käytetystä piistä noin 92 prosenttia koostuu isotoopista pii-28, jossa on 14 protonia ja 14 neutronia; noin 5 % on pii-29:ää (14 protonia ja 15 neutronia), ja vain 3 % on pii-30:tä (14 protonia ja 16 neutronia).
Useiden vuosikymmenten ajan tutkijat ajattelivat, että puhtaasta pii-28:sta valmistetut sirut ylittäisivät piin lämmönjohtavuusrajan ja parantaisivat siten pienempien, tiheämpien mikroelektroniikan prosessointinopeuksia. Piin puhdistaminen yhteen isotooppiin vaatii kuitenkin paljon energiaa.
Nyt LNBL:n tutkijat Junqiao Wu ja Joel Ager ovat onnistuneet valmistamaan nanolankoja pii-28:sta. Nanolanka on vain 90 nanometriä paksu ja sen lämmönjohtavuus on 150 prosenttia parempi kuin nykyisten piinanolankojen. Tämä johtuu lasinkaltaisesta piidioksidikerroksesta nanolangan pinnalla. Tutkimusten mukaan piin kaksi muuta isotooppia (Si-29 ja Si-30) estivät fononien kulkeutumisen nanolangan pinnalle ja lämmönjohtumisen pois. Pii-28 se sijaan pitää fononit samansuuntaisessa liikkeessä, joten lämpö johtuu pois tehokkaasti.
