Team bruger nanoteknologi til at hjælpe med at afkøle elektroner uden eksterne kilder

Et team af forskere har opdaget en måde at afkøle elektroner til −228 ° C uden eksterne midler og ved stuetemperatur, et fremskridt, der kunne sætte elektroniske enheder i stand til at fungere med meget lidt energi.

Processen involverer at føre elektroner gennem en kvantebrønd for at afkøle dem og forhindre dem i at varme op.

Teamet beskriver sin forskning i "Energifiltreret kold elektrontransport ved stuetemperatur, ", der udgives i Naturkommunikation på onsdag, 10. september.

"Vi er de første til effektivt at afkøle elektroner ved stuetemperatur. Forskere har foretaget elektronkøling før, men kun når hele enheden er nedsænket i et ekstremt koldt kølebad, "sagde Seong Jin Koh, lektor ved UT Arlington i afdelingen for materialevidenskab og teknik, der har ledet forskningen. "At få kolde elektroner ved stuetemperatur har enorme tekniske fordele. F.eks. kravet om at bruge flydende helium eller flydende nitrogen til køling af elektroner i forskellige elektronsystemer kan løftes. "

Elektroner er termisk spændte selv ved stuetemperatur, hvilket er et naturligt fænomen. Hvis elektron -excitation kunne undertrykkes, så kunne temperaturen på disse elektroner effektivt sænkes uden ekstern køling, Sagde Koh.

Teamet brugte en nanoskala struktur - som består af en sekventiel række af en kildeelektrode, en kvantebrønd, en tunnelspærre, en kvante prik, endnu en tunnelspærre, og en drænelektrode - for at undertrykke elektron excitation og for at gøre elektroner kolde.

Kolde elektroner lover en ny type transistor, der kan fungere ved ekstremt lavt energiforbrug. "Implementering af vores resultater til fremstilling af energieffektive transistorer er i øjeblikket i gang, "Tilføjede Koh.

Khosrow Behbehani, dekan ved UT Arlington College of Engineering, sagde, at denne forskning er repræsentativ for universitetets rolle i at fremme innovationer, der gavner samfundet, såsom at skabe energieffektive grønne teknologier til nuværende og kommende generationer.

"Dr. Koh og hans forskerhold udvikler løsninger fra den virkelige verden til en kritisk global udfordring med at udnytte energien effektivt og udvikle energieffektiv elektronisk teknologi, der vil gavne os alle hver dag, "Behbehani sagde." Vi bifalder Dr. Koh for resultaterne af denne forskning og ser frem til fremtidige innovationer, han vil lede. "

Usha Varshney, programdirektør i National Science Foundation's Directorate for Engineering, som finansierede forskningen, sagde, at forskningsresultaterne kunne være enorme.

"Når det implementeres i transistorer, disse forskningsresultater kan potentielt reducere energiforbruget for elektroniske enheder mere end 10 gange i forhold til den nuværende teknologi, "Sagde Varshney." Personlige elektroniske enheder såsom smarttelefoner, iPads, etc., kan vare meget længere, før den genoplades. "

Ud over potentielle kommercielle applikationer, der er mange militære anvendelser til teknologien. Batterier vejer meget, og mindre strømforbrug betyder at reducere batteriets vægt på elektronisk udstyr, som soldater bærer, hvilket vil forbedre deres kampevne. Andre potentielle militære applikationer omfatter elektronik til fjernsensorer, ubemandede luftfartøjer og computere med høj kapacitet i fjernoperationer.

Fremtidig forskning kan omfatte identifikation af nøgleelementer, der gør det muligt at afkøle elektroner endnu mere. Den vigtigste udfordring ved denne fremtidige forskning er at forhindre elektronen i at få energi, når den bevæger sig over enhedens komponenter. Dette ville kræve forskning i, hvordan energivindende veje effektivt kunne blokeres.