In Giappone, gli scienziati hanno incrementato la dissipazione del calore nei nanodispositivi applicando un rivestimento di biossido di silicio sulle strutture di silicio. Questo approccio potrebbe rivoluzionare il design e l’efficienza dei dispositivi elettronici futuri, rendendoli più piccoli, economici e capaci di integrare un numero maggiore di microcircuiti.
Con l’incremento della potenza di elaborazione e la riduzione delle dimensioni degli elettronici di consumo, la necessità di gestire il calore residuo prodotto dai microcircuiti è diventata una preoccupazione crescente. Alcuni strumenti scientifici e macchine a scala nanometrica richiedono una gestione accurata del calore per evitare danni. Il raffreddamento può avvenire attraverso la radiazione del calore sotto forma di onde elettromagnetiche, similmente al modo in cui l’energia solare raggiunge la Terra attraverso il vuoto spaziale. Tuttavia, la velocità di trasferimento energetico può essere troppo lenta per proteggere l’integrità di circuiti integrati sensibili e compatti.
Nel loro studio, pubblicato su Physical Review Letters, i ricercatori hanno dimostrato come il tasso di trasferimento del calore radiativo possa essere raddoppiato tra due piastre di silicio microscopiche grazie all’uso di un rivestimento di biossido di silicio. Questo strato ha permesso un accoppiamento tra le vibrazioni termiche della superficie della piastra (chiamate fononi) e i fotoni (che costituiscono la radiazione).
Il capo ricercatore Saeko Tachikawa ha illustrato come le onde elettromagnetiche siano state eccitate all’interfaccia dello strato di ossido, migliorando così il tasso di trasferimento del calore. La dimensione ridotta degli strati rispetto alle lunghezze d’onda dell’energia elettromagnetica e il loro collegamento con la piastra di silicio, che trasporta l’energia senza perdite, hanno permesso di superare i limiti normali di trasferimento del calore, facilitando così un raffreddamento più rapido.
Dato che l’elettronica microscopica attuale si basa già sul silicio, i risultati di questa ricerca potrebbero essere facilmente integrati nelle future generazioni di dispositivi a semiconduttore. “Il nostro lavoro offre spunti su possibili strategie di gestione della dissipazione del calore nell’industria dei semiconduttori, oltre a vari altri settori correlati come la fabbricazione nanotecnologica”, afferma Masahiro Nomura, autore senior dello studio. Questa ricerca contribuisce anche a una migliore comprensione fondamentale del funzionamento del trasferimento di calore a livello nanometrico, un campo ancora oggetto di intensa ricerca.