Fysiikan yleisen olettamuksen vastaisessa havainnossaan Michiganin yliopiston tutkijat käyttivät valoa emittoivaa diodia eli lediä jonka elektrodit käännetty, jäähdyttämään toista laitetta, joka on vain nanometrien etäisyydellä. Lähestymistapa voisi johtaa uuteen kiinteän tilan jäähdytystekniikkaan tuleville erittäin tiheästi pakatuille mikroprosessoreille.
- Olemme osoittaneet toisen menetelmän fotonien käyttämiseksi laitteiden jäähdyttämiseen, toteaa Pramod Reddy, joka johti tutkimusta yhdessä Edgar Meyhoferin kanssa.
Entuudestaan alalla tunnetaan laserjäähdytys fotonisena jäähdytystekniikkana. Nyt tutkijat hyödynsivät lämpösäteilyn kemiallista potentiaalia. - Vielä nykyään monet katsovat, että säteilyn kemiallinen potentiaali on nolla. Työmme osoittaa, että tietyissä olosuhteissa näin ei ole, Meyhofer sanoi.
Esimerkiksi akun kemiallinen potentiaali ajaa sähkövirtaa. Akun sisällä metalli-ionit haluavat virrata toiselle puolelle, koska siten ne voivat päästä eroon kemiallisesta potentiaalista energiasta, jota käytämme sitten sähkönä. Sähkömagneettisella säteilyllä, mukaan lukien näkyvä valo ja infrapunalämpösäteily, ei tyypillisesti ole tällaista potentiaalia.
- Lämpösäteilyssä intensiteetti riippuu yleensä vain lämpötilasta, mutta meillä on todellakin ylimääräinen säädin tämän säteilyn hallitsemiseksi, mikä tekee mahdolliseksi jäähdytyksen, totea tutkija Linxiao Zhu.
Tämä säädin on sähköinen. Teoriassa infrapuna-ledin positiivisten ja negatiivisten sähköliitäntöjen kääntäminen ei vain estä sitä emittoimasta valoa, vaan se todella tukahduttaa lämpösäteilyä, jota sen pitäisi tuottaa vain siksi, että se on huoneenlämmössä. Käänteinen ledi käyttäytyy kuin se olisi alhaisemmassa lämpötilassa.
Tämän jäähdytyksen mittaaminen on vaikeaa. Saadakseen tarpeeksi infrapunavaloa kulkemaan esineestä lediin on näiden kahden oltava erittäin lähellä toisiaan. Etäisyyden pitää olla vähemmän kuin yksi infrapunavalon aallonpituus.
Erikoisjärjestelyin ja pienen fotodiodiin sijoitetun kalorimetrin avulla tutkijat osoittivat, että käännetty ledi alkaa toimia hyvin matalan lämpötilan kohteena ja absorboiden fotoneja kalorimetristä. Samalla rako estää lämmön kulkeutumisen takaisin kalorimetriin johtumisen kautta.
Tiimi osoitti jäähdytyksen olevan 6 wattia neliömetriä kohden. Teoreettisesti tämä vaikutus voisi tuottaa jäähdytystä, joka vastaa 1000 wattia neliömetriä kohden.
Tämän uuden lähestymistavan tehokkuuden ja jäähdytysnopeuden parannuksella tutkijatiimi näkee ilmiön keinona siirtää nopeasti lämpöä pois erilaisten laitteiden mikroprosessoreista.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 22.2.2019
