Новости перспективных технологий

Новый тепловой транзистор показал отличное быстродействие

Изображение с сайта compulenta.computerra.ru

В последние годы учёные из разных стран предпринимают попытки создания тепловых транзисторов — устройств, которые позволяли бы отключать поток тепла и затем произвольно включать его заново — подобно тому, что происходит с током в обычном транзисторе.

Такие тепловые транзисторы основывают свою работу на передаче фононов, квазичастиц — квантов колебательного движения.

Но есть и другой метод переноса тепла — посредством теплового излучения, то есть не фононов, а фотонов. Преимуществом тут считается отсутствие необходимости в непосредственном контакте двух элементов.

Общая схема теплового транзистора нового вида (здесь и ниже иллюстрации Philippe Ben-Abdallah, Svend-Age Biehs).

Именно такой транзистор впервые представили Филиппе Бен-Абдалла (Philippe Ben-Abdallah) из Университета Париж-Юг и Свенд-Аге Бихс (Svend-Age Biehs) из Ольденбургского университета имени Карла фон Осецкого (Германия). Из-за использования в качестве носителей фотонов скорость работы их устройства оказалась очень велика и потенциально ограничена лишь скоростью света.

Исток и сток разработки сделаны из кварца и управляемо нагреваются для получения температурного градиента. Исток горячее стока и испускает тепловые фотоны, которые переносят тепло к стоку.

Затвором выступает тонкий слой оксида ванадия, отделённый от стока и истока 50 нм с каждой стороны — чтобы гарантировать, что перенос тепла между элементами теплового транзистора был только в виде излучения.

Оксид ванадия выбран потому, что, будучи нагретым, он становится проводником для фотонов, а при остывании превращается в «изолятор». Точка перехода между двумя состояниями этого вещества является рабочей температурой затвора; когда её опускают ниже, транзистор выключен, когда она поднимается выше — включён.

Как и в случае нормального транзистора, работающего с электронами, новинка может не только быть в двух положениях, но и модулировать поток фотонов, а также усиливать его.

Оптимальная скорость переноса тепла для такого транзистора устанавливается при 340 К.

Список применений устройств, подобных этому, может быть чрезвычайно обширным. Микроэлетромеханические машины, в которых тепло используется для перемещения других микроскопических устройств, кажутся оптимальными для МЭМС вообще, а скорость новых тепловых транзисторов потенциально может не только оказаться выше всех предшествующих аналогов, но и весомо превзойти сегодняшние транзисторы, управляющие движением электронов.

«Наш концепт допускает гораздо более высокие скорости работы (скорость света), и потому должен быть весьма конкурентоспособным по сравнению с предшествующими устройствами», — уверены авторы.

С препринтом исследования можно ознакомиться здесь.

Информация с сайта compulenta.computerra.ru по материалам Technology Review.

Автор оригинального текста: Александр Березин.