La découverte peut aider à empêcher les petits appareils électroniques de surchauffer
Des chercheurs de l’Université du Colorado à Boulder ont fait une nouvelle découverte qui explique pourquoi les petites sources de chaleur se refroidissent plus rapidement lorsqu’elles sont placées à proximité les unes des autres.
Les résultats de l’étude seront publiés cette semaine dans la revue Proceedings of the National Academy of Sciences.
Les professeurs Margaret Murnane et Henry Kapteyn ont dirigé la recherche, qui a commencé en 2015. Leur équipe expérimentait des lignes nanométriques chauffées au laser – de minuscules lignes métalliques plus fines que les cheveux humains – modelées sur du silicium lorsqu’ils ont observé que ces sources de chaleur se refroidissaient plus rapidement lorsqu’elles étaient serrées les unes contre les autres. .
« Habituellement, si vous voulez refroidir quelque chose, vous l’entourez d’un matériau froid », a déclaré Murnane. « Dans une découverte expérimentale surprenante, nous avons découvert que pour les points chauds à l’échelle nanométrique, au lieu de les étendre pour qu’ils soient en contact avec des matériaux froids, vous les emballez plus près les uns des autres pour refroidir plus rapidement, ce qui est très contre-intuitif.
Maintenant, les chercheurs ont découvert pourquoi ce phénomène se produit.
Le co-auteur Joshua Knobloch, assistant de recherche postdoctoral au JILA, un institut conjoint de CU Boulder et du National Institute of Standards and Technology, a déclaré que la raison pour laquelle les nanolignes se refroidissent plus rapidement de cette manière est que l’énergie vibratoire des atomes se disperse les uns les autres. et refroidir les barres chaudes plus rapidement lorsqu’elles sont serrées les unes contre les autres.
« C’est une idée très contre-intuitive pour nous car elle va à l’encontre de la façon dont nous pensons généralement au transport thermique », a déclaré Knobloch. « Et je pense que c’est pourquoi c’est une découverte vraiment incroyable. C’est un peu révolutionnaire de cette façon. Cela va à l’encontre de la pensée commune.
Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé des simulations informatiques pour modéliser chaque atome d’un système afin de suivre la dissipation de la chaleur.
Cette étude était un effort de collaboration de deux équipes, l’une dirigée par Murnane et l’autre dirigée par le professeur de CU Boulder, Mahmoud Hussein, co-auteur de l’étude. Le groupe de Murnane a utilisé des faisceaux lumineux de rayons X pour observer le comportement des matériaux plus précisément que ce qui peut être vu en utilisant la lumière visible. Le groupe de Hussein a étudié la théorie et les simulations à l’échelle atomique pour comprendre le comportement des matériaux lié à la chaleur et à la température.
Knobloch a déclaré que cette recherche peut être appliquée à de nombreuses applications technologiques, notamment la fabrication de puces informatiques et de téléphones portables qui ne chauffent pas autant.
Les chercheurs ont déclaré que ces résultats pourraient avoir un impact sur l’avenir de l’électronique. Ils espèrent que leur étude inspirera d’autres recherches et développements de modèles et d’enquêtes expérimentales sur le transport thermique.
Hussein a déclaré que ces découvertes sont importantes pour deux raisons : le problème continu de la concentration élevée de zones à haute température dans les appareils modernes et la quête continue de l’industrie de la haute technologie pour rendre l’électronique plus petite et plus efficace. Ces problèmes sont au cœur de ce que les chercheurs abordent dans leur article.
« Je pense que cela pourrait potentiellement avoir un impact sur l’avenir de la miniaturisation électronique », a déclaré Hussein. « L’industrie cherche en permanence à rendre les appareils de plus en plus petits. Donc, avec cette découverte, il y aura une meilleure compréhension de la façon de gérer la chaleur dans la taille toujours plus petite de l’électronique.
Les autres contributeurs à cette étude incluent le chercheur postdoctoral Hossein Honarvar, l’étudiant diplômé de la JILA Brendan McBennett et les anciens chercheurs de la JILA Travis Frazer, Jorge Hernandez-Charpak et Begoña Abad.