Финские и итальянские физики научились регулировать мощность микроскопического электронного холодильника, в котором постоянный ток переносит также и тепло. Это большой шаг вперед в одноэлектронике.
Вся современная вычислительная техника обязана своим существованием тому простому факту, что отдельные микроэлектронные компоненты могут динамически управлять друг другом. Ключевым элементом в микросхемах является транзистор — микроэлектронный компонент с тремя внешними «ножками», в котором протекание тока от первой ножки ко второй легко регулируется, вплоть до полного выключения, с помощью напряжения, подаваемого на третью ножку.
Электронные свойства микроэлектронных компонентов зависят также и от температуры. Это открывает новую возможность в микроэлектронике — управлять поведением отдельных микроэлектронных компонентов путем изменения их локальной температуры. Первым шагом на этом пути является создание устройств, нагревающих или охлаждающих заданный микроэлектронный компонент. Этот нагрев и охлаждение желательно тоже осуществить электронным способом, сделав таким образом циркуляцию тепла и циркуляцию электрического тока взаимно контролируемыми.
Экспериментальная работа в этом направлении началась в конце прошлого века, когда были созданы микроскопические (размером в доли микрона!) электронные холодильники и термометры. Эти устройства работают за счет того, что в определенных условиях поток электронов переносит не только заряд, но и тепло. Особенно интересные эффекты получаются при очень низких температурах, ниже 1 кельвина. При таких температурах наряду с металлами, полупроводниками и изоляторами можно использовать и сверхпроводники. Кроме того, в этом случае достижим новый, дискретный режим работы микроэлектронных устройств — одноэлектроника. Это направление активно развивается и сейчас; см. например новость Физики придумали одноэлектронный холодильник.
На днях в журнале Physical Review Letters появилась статья исследователей из Финляндии и Италии, в которой сделан еще один шаг на этом пути. Авторы этой работы приделали «регулятор мощности» к электронному холодильнику и получили таким образом совершенно новое термоэлектронное устройство — тепловой транзистор.
Как и в обычном транзисторе, в нём между двумя «ножками» тоже течет ток, но в этом случае он еще сопровождается и направленной передачей тепла. Авторы новой работы научились контролировать этот поток тепла, подсоединив к холодильнику еще один контакт и подавая на него напряжение. Тепловой поток при этом изменялся примерно в три раза. Полученный результат можно считать большим шагом вперед: ведь раньше поток тепла в такого типа устройствах вообще не умели изменять.
Вероятно, следующим шагом будет создание более совершенных тепловых транзисторов, способных не только уменьшать, но и при необходимости включать и выключать тепловой поток. Кроме того, в описанной работе использовался холодильник на постоянном токе, но, возможно, аналогичную схему можно будет применить и для одноэлектронного холодильника, работающего на переменном токе (а фактически, на одном-двух электронах, прыгающих с металла на сверхпроводник и обратно; подробности см. в новости Физики придумали одноэлектронный холодильник). После этого можно уже думать и о создании сложных микросхем, в которых будут взаимосвязанным образом циркулировать как электрический заряд, так и тепло.
Источник: O.-P. Saira et al. Heat Transistor: Demonstration of Gate-Controlled Electronic Refrigeration // Physical Review Letters, 99, 027203 (9 июля 2007 года).
Статья доступна также в архиве е-принтов: cond-mat/0702361.
См. также:
First «heat transistor» unveiled, Physicsweb.org, 13.07.2007.
Игорь Иванов
|
Последние новости: Физика, Игорь Иванов
Астрономические наблюдения недели
Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):
Новости науки по темам:
антропология,
археология,
астрономическая научная картинка дня,
астрономия,
биология,
биотехнологии,
генетика,
геология,
затмения,
информационные технологии,
космос,
лингвистика,
математика,
медицина,
нанотехнологии,
наука в России,
наука и общество,
Нобелевские премии,
палеонтология,
Первое апреля,
психология,
технологии,
физика,
химия,
эволюция,
экология,
энергетика,
этология
Новости науки по авторам:
Дарья Баранова,
Вера Башмакова,
Александр Бердичевский,
Максим Борисов,
Варвара Веденина,
Александр Венедюхин,
Михаил Волович,
Алексей Гиляров,
Сергей Глаголев,
Николай Горностаев,
Юрий Ерин,
Анастасия Еськова,
Дмитрий Замолодчиков,
Игорь Иванов,
Мария Кирсанова,
Дмитрий Кирюхин,
Александр Козловский,
Алексей Левин,
Андрей Логинов,
Лейла Мамирова,
Александр Марков,
Мария Медникова,
Вадим Мокиевский,
Максим Нагорных,
Елена Наймарк,
Петр Петров,
Александр Пиперски,
Константин Попадьин,
Сергей Попов,
Роман Ракитов,
Татьяна Романовская,
Александр Самардак,
Александр Сергеев,
Андрей Сидоренко,
Даниил Смирнов,
Любовь Стрельникова,
Алексей Тимошенко,
Мария Шнырёва
Новости науки по месяцам: 2012 V, IV, III, II, I
2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I
Научные новости у наших партнеров:
«Биомолекула», «В мире науки», «Вокруг света», Газета.ру, Грани.ру, Лента.ру, «Наука и жизнь», «Популярная механика», Gzt.ru
|  | |
Подробнее
e-mail: 
