Byggesten til termisk computer fungerer ved 600 K

(Phys.org) – Forskere har bygget den hotteste termiske diode til dato, som fungerer ved temperaturer på mere end 600 K (326 °C). Termiske dioder kan tjene som byggesten i fremtidige termiske computere, som kunne køre ved temperaturer, hvor nutidens elektroniske computere hurtigt ville blive overophedet og stoppe med at fungere.

Forskerne, Adjunkt Sidy Ndao og kandidatstuderende Mahmoud Elzouka ved University of Nebraska-Lincolns Department of Mechanical &Materials Engineering, har udgivet et papir om NanoThermoMechanical diode i et nyligt nummer af Nature's Videnskabelige rapporter .

"Vi har demonstreret byggestenen til, hvad der kunne være fremtidens termiske computer, og det virker ved meget høje temperaturer, " fortalte Ndao Phys.org . "For en, der også aktivt arbejder med elektronikkøling, det får dig til at spekulere på 'Hvad nu hvis vi holdt op med at køle elektronik sammen?'

"I modsætning til elektronik, NanoThermoMechanical hukommelse og logiske enheder bruger varme i stedet for elektricitet til at registrere og behandle data; derfor kan de fungere i barske miljøer, hvor elektronik typisk fejler. Nogle få eksempler inkluderer udforskningen af ​​planeten Venus med en gennemsnitstemperatur på over 400 °C, og dybjordsboring efter olie og geotermisk energi. Lige så vigtig er den mulighed, som denne teknologi giver for genvinding af spildvarme med udviklingen af ​​termiske batterier."

Funktionen af ​​en termisk diode er at tillade varme at strømme primært i den ene retning, men ikke den anden, svarende til hvordan en elektronisk diode tillader elektrisk strøm at flyde primært i én retning. Denne evne til at styre strømningsretningen gør det muligt for dioder at producere to forskellige niveauer af et signal, danner grundlaget for "0" og "1" binære logiske niveauer.

Den nye termiske diode opnår to forskellige niveauer af varmeflow ved at kontrollere afstanden mellem to overflader:en bevægelig terminal og en stationær terminal. Forskerne viste, at ændring af de relative temperaturer på de to terminaler ændrer mellemrummet mellem dem, som ændrer mængden af ​​varmeoverførsel, hvilket igen afhænger af varmestrømmens retning.

Det er første gang, at forholdet mellem disse fire faktorer - temperatur, adskillelsesgab, varmeoverførselshastighed, og varmestrømningsretning - er blevet udnyttet til brug i en termisk diode.

Hele enheden består af 24 par bevægelige og faste terminaler, sammen med to tyndfilmsplatinmikrovarmere, der uafhængigt styrer og måler temperaturerne på hvert par terminaler. Når den faste terminal er varmere end den bevægelige terminal, kløften er stor, hvilket resulterer i en lav varmeoverførselshastighed. Når den bevægelige terminal bliver varmere end den faste terminal, den bevægelige terminal bevæger sig tættere på den faste terminal og mellemrummet mindskes, fører til en højere varmeoverførselshastighed.

I denne skala, varmeoverførslen sker fysisk på grund af en proces kaldet nærfelts termisk stråling, som hovedsageligt skyldes tunnelering af flygtige overfladebølger mellem to tætsiddende overflader. Denne demonstration er første gang, at nærfelts termisk stråling er blevet brugt til at betjene en termisk diode ved høje temperaturer. At gøre dette har været vanskeligt på grund af de tekniske udfordringer med at kontrollere nanoskalagabet.

Tests viste, at den termiske diode kan fungere ved temperaturer på op til 600 K, og forskerne forventer, at højere temperaturer med forbedret ydeevne er mulige gennem designoptimering.

En anden fordel ved metoden er, at den termiske diode let kan implementeres, da det ikke kræver eksotiske materialer, men i stedet bruger standardteknikker, der allerede er kendt af halvlederindustrien.

© 2017 Phys.org