"Elektrot ters çevirme" LED'i: Gelecekteki bilgisayarlar için yeni bir soğutma çözümü sağlayın!
Kılavuz
Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Michigan Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, mesafesi yalnızca nanometre olan başka bir cihazı soğutmak için "elektrot ters işlemli" ışık yayan bir diyot kullandılar.
arka fon
Oyun oynamak veya uzun süre çalışmak için cep telefonlarını, bilgisayarları ve diğer elektronik ürünleri kullanırsak, bu elektronik ürünlerin "ısındığını" hatta "ısındığını" görürüz. Elektronik ürünler aşırı ısındığında, yalnızca donmalara, çökmelere, mavi ekranlara, yeniden başlatmalara vb. Maruz kalmazlar, aynı zamanda dahili bileşenlerinin performansını ve ömrünü etkileyerek bazen işlemci hatalarına ve hatta yonga hasarına neden olurlar.
Aşırı ısınmış çip (Resim kaynağı: Wikipedia)
"Ateş" her zaman elektronik ürünleri etkileyen temel konulardan biri olmuştur. Bu nedenle, bu sıcak elektronik ürünlerin nasıl soğutulacağı veya onları dağıtmanın daha iyi bir yolunu bulmak, her zaman dünyanın her yerinden bilim adamlarının hedefi olmuştur. Genel olarak konuşursak, ortak elektronik ürün ısı yayma yöntemlerimiz şunları içerir: hava soğutma ve sıvı soğutma, ancak bu soğutma teknolojileri genellikle çok fazla alan gerektirir ve yeterince kompakt değildir, bu da elektronik ürünlerin daha da minyatürleştirilmesini etkileyecektir.
Hava soğutma (resim kaynağı: Wikipedia)
Sıvı soğutma (Resim kaynağı: Wikipedia)
Yenilikçilik
Bugün, yeni ve daha kompakt bir katı hal soğutma teknolojisini tanıtmak istiyorum.
Son zamanlarda, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Michigan Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, fiziğin yaygın varsayımlarına aykırı yeni bir araştırma sonucu elde ettiler. Sadece nanometre mesafeli başka bir cihazı soğutmak için "elektrot ters çevirmeli" ışık yayan diyot (LED) kullandılar.
Araştırmaya okulun makine mühendisliği bölümünden Profesör Pramod Reddy ve Edgar Meyhofer liderlik etti. Araştırma, 14 Şubat'ta Nature dergisinde yayınlandı.
teknoloji
Bu yöntemin gelecekteki mikro işlemcilere yeni katı hal soğutma teknolojisi getirmesi bekleniyor. Bir mikroişlemci, küçük bir alanda paketlenmiş birçok transistör içerir ve mevcut teknoloji, onlar için ısıyı hızla dağıtamaz.
Reddy, "Foton soğutma ekipmanı kullanmanın ikinci yöntemini gösterdik" dedi. İlk yöntem: lazer soğutma, 2018 Nobel Fizik Ödülü sahibi Arthur Ashkin'in temel çalışmasına dayanıyor.
Bunun yerine, araştırmacılar termal radyasyonun kimyasal potansiyelini kullandılar (örneğin, bu kavram daha çok pillerin nasıl çalıştığını açıklamak için kullanılır). Meyhofer, "Bugün bile birçok insan radyasyonun kimyasal potansiyelinin sıfır olduğunu düşünüyor. Ancak 1980'lere kadar o zamanki teorik çalışmalar, belirli koşullar altında durumun böyle olmadığını gösterdi." Dedi.
Bir cihaza yerleştirildiğinde, bataryadaki kimyasal potansiyel akımı çalıştırır. Pilin içinde, metal iyonları diğer uca akmak ister, çünkü bir miktar enerji (kimyasal potansiyel enerji) açığa çıkarabilirler ve biz bu enerjiyi elektrik üretmek için kullanırız. Görünür ışık ve kızılötesi termal radyasyon dahil olmak üzere elektromanyetik radyasyon, genellikle bu potansiyel enerjiye sahip değildir.
Makine Mühendisliği Bölümü'nden bir araştırmacı ve bu çalışmanın baş yazarı Linxiao Zhu şunları söyledi: Genellikle termal radyasyon için yoğunluk yalnızca sıcaklığa bağlıdır, ancak aslında bu radyasyonu kontrol etmenin başka bir yolu vardır, bu da soğutmayı incelememize olanak tanır. mümkün hale gelir. "
Bu yöntem "elektriktir". Teorik olarak, bir kızılötesi LED üzerindeki pozitif ve negatif elektrik bağlantılarını tersine çevirmek sadece ışık yaymasını engellemekle kalmaz, aynı zamanda oda sıcaklığında yapıldığı için üretmesi gereken ısı radyasyonunu da bastırır.
Reddy şunları söyledi: "LED'ler, bu ters önyargı yönteminden sonra daha düşük bir sıcaklıktaymış gibi davranıyor." Ancak bu soğumayı ölçmek ve ilginç bir şeyin olduğunu kanıtlamak çok karmaşık bir süreç. .
Yeterli miktarda kızılötesi ışığın bir nesneden LED'e girmesi için, nesnenin, kızılötesi ışığın tek bir dalga boyundan daha az olan LED'e çok yakın olması gerekir. Bu, soğutulacak nesneden daha fazla kızılötesi foton (ışık parçacığı) geçip LED'e girebilmesi için "yakın alan" veya "azalan dalga bağlama" efektlerinin kullanılmasını gerektirir.
Reddy ve Meyhofer'in ekibinin bu konuda bazı avantajları var, çünkü geçmişte nano cihazları ısıtıp soğutuyorlar ve onları saç genişliğinin binde birinden daha az olan onlarca nanometrelik bir mesafeye yerleştiriyorlar. Bu kadar yakın bir mesafede, başka türlü soğutulacak nesneden kaçmayacak bir foton, aralarında neredeyse hiç boşluk yokmuş gibi LED'e girecektir. Ekip, binadaki diğer insanların ayak sesleri gibi titreşimler büyük ölçüde azaltılacağı için, nesnelerin nanometre ile ayrılabildiği ultra düşük titreşim laboratuvarı kullandı.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: Linxiao Zhu, bir kalorimetre ve fotodiyot içeren deneysel bir platform göstermektedir. Bu sistem, odalar ve binalardaki titreşimleri bastırabilir ve iki nano nesne arasında 55 nanometre mesafeyi istikrarlı bir şekilde koruyabilir.
(Resim kaynağı: Joseph Xu)
Ekip bu prensibi minyatür bir kalorimetre yaparak kanıtladı. Bu minyatür kalorimetre, enerji değişimlerini ölçebilen ve boyutu bir pirinç tanesi ile aynı olan minyatür bir LED'in yanına yerleştirilen bir cihazdır. İki cihaz, birbirlerinden ve çevrenin başka yerlerinden sürekli olarak termal fotonlar yayar ve alır.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: Michigan Üniversitesi ekibinin değiştirilmiş boyutu, aynı pirinç tanesinin yakın kızılötesi fotodiyotunun elektron mikroskobu resmi gibidir.
(Resim kaynağı: Linxiao Zhu)
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: Michigan Üniversitesi ekibi tarafından yapılan ve 80 nanometrelik bir alanı algılayabilen kalorimetrenin elektron mikroskobu resmi.
(Resim kaynağı: Linxiao Zhu)
Meyhofer, "Oda sıcaklığındaki herhangi bir nesne ışık yayacaktır. Gece görüş kamerası temelde sıcak nesnelerden gelen kızılötesi ışığı yakalıyor." Ancak LED önyargılı bir şekilde ters çevrildiğinde, kalorimetreden emilen çok soğuk bir nesne olmaya başlıyor. Fotonlar. Aynı zamanda boşluk, ısının iletim yoluyla kalorimetreye geri dönmesini engeller, böylece bir soğutma etkisi yaratır.
değer
Ekip, metrekare başına 6 watt'lık soğutma etkisini gösterdi. Teorik olarak, bu etki kare başına 1000 watt'a eşdeğer bir soğutma etkisi üretebilir (yaklaşık olarak dünya yüzeyindeki güneş ışığının gücüne eşittir).
Bu teknoloji, gelecekteki akıllı telefonlar ve diğer bilgisayar cihazları için çok önemlidir. Giderek daha fazla bilgi işlem gücü daha küçük ve daha küçük cihazlarda içerildikçe, işlemcinin ısı yayma kapasitesi, belirli bir alanda barındırılabilecek bilgi işlem gücünü sınırlamaya başlar.
Bu yöntemin verimliliği ve soğutma hızı arttıkça, bilim adamları bu fenomenin cihazdaki mikroişlemciden ısıyı hızlı bir şekilde emmenin bir yolu olacağını umuyorlar. Nano ölçekli ayırıcılar mikroişlemci ve LED arasında izolasyon sağlayabildiğinden, bu yöntem ısı dağılımını iyileştirmek için akıllı telefonlara bile uygulanabilir.
Anahtar kelime
Isı dağılımı, LED, akıllı telefon
Referans
[1] https://news.umich.edu/running-an-led-in-reverse-could-cool-future-computers/
2 Linxiao Zhu, Anthony Fiorino, Dakotah Thompson, Rohith Mittapally, Edgar Meyhofer ve Pramod Reddy. Fotonların kimyasal potansiyelinin kontrolü yoluyla yakın alan fotonik soğutma. Nature, 2019 DOI: 10.1038 / s41586-019-0918-8
